KR20240059656A - Materials, systems, and methods for foil encapsulation of airgels and airgel composites - Google Patents

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KR20240059656A
KR20240059656A KR1020247010898A KR20247010898A KR20240059656A KR 20240059656 A KR20240059656 A KR 20240059656A KR 1020247010898 A KR1020247010898 A KR 1020247010898A KR 20247010898 A KR20247010898 A KR 20247010898A KR 20240059656 A KR20240059656 A KR 20240059656A
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Abstract

본 개시는 에너지 저장 시스템에서 열 폭주 이슈를 관리하기 위한 재료 및 시스템에 관한 것이다. 예시적인 실시예들은 단열 배리어를 형성하기 위해 캡슐화된 단열층을 포함한다. 캡슐화 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 샌드위치된 가단성 층을 포함하는 라미네이트 막으로 제조된다.This disclosure relates to materials and systems for managing thermal runaway issues in energy storage systems. Exemplary embodiments include an insulating layer encapsulated to form an insulating barrier. The encapsulation layer is made of a laminate membrane comprising a malleable layer sandwiched between an outer and an inner polymer layer.

Figure P1020247010898
Figure P1020247010898

Description

에어로겔 및 에어로겔 복합체의 포일 캡슐화를 위한 재료, 시스템, 및 방법Materials, systems, and methods for foil encapsulation of airgels and airgel composites

관련 출원 교차 참조Cross-reference to related applications

본 출원은 "Materials, Systems, and Methods for Foil Encapsulation of Aerogels and Aerogel Composites"라는 명칭으로 2022년 1월 28일에 출원된 미국 가 특허 출원 제63/304,258호, 및 "Materials, Systems, and Methods for Foil Encapsulation of Aerogels and Aerogel Composites"라는 명칭으로 2022년 2월 23일에 출원된 미국 가 특허 출원 제63/313,063호의 이익 및 우선권을 주장한다. 두 가 출원의 내용은 전문이 본 명세서에 참조로 통합된다.This application is related to U.S. Provisional Patent Application No. 63/304,258, entitled “Materials, Systems, and Methods for Foil Encapsulation of Aerogels and Aerogel Composites,” filed on January 28, 2022, and “Materials, Systems, and Methods for Claims the benefit and priority of U.S. Provisional Patent Application No. 63/313,063, entitled “Foil Encapsulation of Aerogels and Aerogel Composites,” filed February 23, 2022. The contents of both provisional applications are incorporated herein by reference in their entirety.

기술분야Technology field

본 개시는 일반적으로 재료를 캡슐화하기 위한 재료, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 에너지 저장 시스템에서 전지 셀들 또는 전지 모듈들 사이에 사용되는 열 배리어들의 캡슐화를 위한 재료, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 본 개시는 에어로겔 열 배리어들의 캡슐화에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 캡슐화된 열 배리어 재료를 포함하는 하나 이상의 전지 셀을 갖는 전지 모듈 또는 팩뿐만 아니라, 이러한 전지 모듈들 또는 팩들을 포함하는 시스템들에 관한 것이다.This disclosure generally relates to materials, systems, and methods for encapsulating materials. In particular, the present disclosure relates to materials, systems, and methods for encapsulation of thermal barriers used between battery cells or battery modules in energy storage systems. This disclosure relates to encapsulation of airgel thermal barriers. The present disclosure also relates to battery modules or packs having one or more battery cells comprising an encapsulated thermal barrier material, as well as systems containing such battery modules or packs.

리튬 이온 전지 등의 이차 전지는 전력 구동 및 에너지 저장 시스템에서 많은 용도를 발견하고 있다. 리튬 이온 전지(LIB)는 전통적인 전지들과 비교하여 높은 작동 전압, 낮은 메모리 효과, 및 높은 에너지 밀도로 인해 셀폰, 태블릿, 랩톱, 전력 툴 및 전기 차량과 같은 다른 고전류 디바이스들에 전력을 공급하는 데 널리 사용된다. 그러나, LIB는 재충전 가능 전지가 과충전(설계된 전압을 초과하여 충전)되거나, 과방전되거나, 고온 및 고압에서 작동되거나 이에 노출될 때와 같은 "남용 조건" 하에서 치명적인 장애에 취약하기 때문에 안전성이 우려된다. 결과적으로, 좁은 가동 온도 범위들 및 충전/방전 레이트들은 LIB의 사용에 대한 제한인데, 이는 LIB들이 그 설계 윈도우 밖의 조건들을 겪을 때 급격한 자가 가열 또는 열 폭주(thermal runaway) 이벤트를 통해 작동이 되지 않을 수 있기 때문이다.Secondary batteries, such as lithium-ion batteries, are finding many uses in power drives and energy storage systems. Lithium-ion batteries (LIBs) are used to power other high-current devices such as cell phones, tablets, laptops, power tools, and electric vehicles due to their high operating voltage, low memory effect, and high energy density compared to traditional batteries. Widely used. However, LIBs are a safety concern because they are susceptible to catastrophic failure under “conditions of abuse,” such as when rechargeable batteries are overcharged (charged beyond designed voltage), overdischarged, or operated at or exposed to high temperatures and pressures. . As a result, narrow operating temperature ranges and charge/discharge rates are a limitation on the use of LIBs, as they may fail through rapid self-heating or thermal runaway events when they experience conditions outside their design window. Because you can.

열 폭주는 내부 반응 레이트가 인출될 수 있는 것보다 더 많은 열이 발생되는 지점까지 증가할 때 발생할 수 있으며, 이는 반응 레이트와 열 발생 둘 다의 추가적인 증가를 초래한다. 열 폭주 동안, 고온은 전지에서 발열 반응의 체인을 트리거하여, 전지의 온도가 급격하게 증가하게 한다. 많은 경우들에서, 하나의 전지 셀에서 열 폭주가 발생할 때, 발생된 열은 열 폭주를 겪는 셀에 근접하여 셀들을 빠르게 가열한다. 열 폭주 반응에 추가되는 각 셀은 반응을 계속하기 위해 추가적인 에너지를 포함하여, 전지 팩 내에서 열 폭주 전파를 야기하여, 결과적으로 화재 또는 폭발로 인한 재해를 초래한다. 신속한 열 방출 및 열 전달 경로의 효과적인 차단은 열 폭주 전파에 의해 야기되는 위험을 감소시키기 위한 효과적인 대책이 될 수 있다.Thermal runaway can occur when the internal reaction rate increases to the point where more heat is generated than can be withdrawn, resulting in a further increase in both the reaction rate and heat generation. During thermal runaway, high temperatures trigger a chain of exothermic reactions in the cell, causing the cell's temperature to rapidly increase. In many cases, when thermal runaway occurs in one battery cell, the heat generated is close to the cell experiencing thermal runaway and rapidly heats the cells. Each cell added to the thermal runaway reaction contains additional energy to continue the reaction, causing thermal runaway to propagate within the battery pack, ultimately resulting in disaster due to fire or explosion. Rapid heat dissipation and effective blocking of heat transfer paths can be effective measures to reduce the risk posed by thermal runaway propagation.

전지 열 폭주를 초래하는 메커니즘의 이해에 기초하여, 전지 구성요소들의 합리적인 설계를 통해 안전 위험을 감소시키는 것을 목표로 많은 접근법들이 연구되고 있다. 이러한 연속적인 열 폭주 이벤트가 발생하는 것을 방지하기 위해, LIB는 전형적으로, 저장된 에너지를 충분히 낮게 유지하도록, 또는 전지 모듈 또는 팩 내의 셀들 사이에 충분한 단열 재료를 채용하여 셀들을 인접한 셀에서 발생할 수 있는 열 이벤트로부터 단열시키도록, 또는 이들의 조합으로 설계된다. 전자는 이러한 디바이스에 잠재적으로 저장될 수 있는 에너지의 양을 극심하게 제한한다. 후자는 얼마나 근접한 셀들이 배치될 수 있는지를 제한하고, 이에 의해 유효 에너지 밀도를 제한한다.Based on the understanding of the mechanisms that lead to cell thermal runaway, many approaches are being studied with the goal of reducing safety risks through rational design of cell components. To prevent these successive thermal runaway events from occurring, LIBs typically employ sufficient insulating material between cells within a cell module or pack to keep the stored energy low enough, or to keep the cells from encountering adjacent cells. Designed to insulate against thermal events, or a combination of these. Electronics severely limits the amount of energy that can potentially be stored in these devices. The latter limits how close cells can be placed, thereby limiting the effective energy density.

현재, 연속적인 열 폭주에 대해 보호하면서 에너지 밀도를 최대화하기 위해 채용되는 다수의 상이한 방법론들이 있다. 하나의 접근법은 셀들 또는 셀들의 클러스터들 사이에 충분한 양의 단열체를 혼입하는 것이다. 이 접근법은 일반적으로 안전 관점에서 바람직한 것으로 생각되지만, 이 접근법에서 단열 재료가 열을 함유하는 능력은 필요한 단열 체적과 조합되어 달성될 수 있는 에너지 밀도의 상한을 결정한다.Currently, there are a number of different methodologies employed to maximize energy density while protecting against subsequent thermal runaway. One approach is to incorporate a sufficient amount of insulation between the cells or clusters of cells. This approach is generally considered desirable from a safety perspective, but in this approach the ability of the insulating material to retain heat determines the upper limit of the energy density that can be achieved in combination with the required insulating volume.

다른 접근법은 상 변화 재료의 사용을 통한다. 이들 재료들은 특정 상승된 온도에 도달할 시 흡열 상 변화를 겪는다. 흡열 상 변화는 발생되는 열의 일부를 흡수하고, 이에 의해 국부화된 영역을 냉각시킨다. 전형적으로, 전기 저장 디바이스들에 대해, 이러한 상 변화 재료들은 예를 들어, 왁스 및 지방산과 같은 탄화수소 재료에 의존한다. 이들 시스템들은 냉각에 효과적이지만, 그 자체는 가연성이고, 이에 따라 저장 디바이스 내의 점화가 발생하면 열 폭주를 방지하는 데 유익하지 않다.Another approach is through the use of phase change materials. These materials undergo an endothermic phase change when a certain elevated temperature is reached. The endothermic phase change absorbs some of the heat generated, thereby cooling the localized area. Typically, for electrical storage devices, these phase change materials rely on hydrocarbon materials such as waxes and fatty acids, for example. Although these systems are effective for cooling, they are themselves flammable and therefore not beneficial in preventing thermal runaway if ignition occurs within the storage device.

팽창성 재료들의 혼입은 연속적인 열 폭주를 방지하기 위한 또 다른 전략이다. 이러한 재료들은 특정 온도 위로 팽창하여, 경량이고, 필요할 때 단열을 제공하도록 설계된 차(char)를 생성한다. 이러한 재료들은 단열 이점을 제공하는 데 효과적일 수 있지만, 재료의 팽창은 저장 디바이스의 설계에서 고려되어야 한다.Incorporation of intumescent materials is another strategy to prevent subsequent thermal runaway. These materials expand above a certain temperature, creating a char that is lightweight and designed to provide insulation when needed. Although these materials can be effective in providing thermal insulation benefits, their expansion must be considered in the design of the storage device.

에어로겔 재료들은 또한 열 배리어 재료들로서 사용되었다. 에어로겔 열 배리어들은 다른 열 배리어 재료들에 비해 많은 장점들을 제공한다. 이러한 이점들 중 일부는 사용되는 재료들의 두께 및 중량을 최소화하면서 열 전파 및 화재 전파에 유리한 내성을 포함한다. 에어로겔 열 배리어들은 또한 압축성, 압축 탄성, 및 순응성에 대해 유리한 속성들을 갖는다. 일부 에어로겔 기반 열 배리어들은 그 경량 및 낮은 강도로 인해, 특히 대량 생산 환경에서, 전지 셀들 사이에 설치하기가 어려울 수 있다. 또한, 에어로겔 열 배리어들은 전기 저장 시스템들에 해로울 수 있는 미립자 물질(먼지)을 생성하는 경향이 있어, 제조 문제들을 일으킨다.Airgel materials have also been used as thermal barrier materials. Airgel thermal barriers offer many advantages over other thermal barrier materials. Some of these advantages include beneficial resistance to heat spread and fire spread while minimizing the thickness and weight of the materials used. Airgel thermal barriers also have advantageous properties for compressibility, compressibility, and compliance. Some airgel-based thermal barriers can be difficult to install between battery cells, especially in mass production environments, due to their light weight and low strength. Additionally, airgel thermal barriers tend to generate particulate matter (dust) that can be harmful to electrical storage systems, causing manufacturing problems.

양호하고 그 외 많은 상이한 속성들을 각각 갖는 많은 상이한 재료가 이용가능하면, 전지 셀들과 열 배리어 둘 다에 대한 추가적인 보호를 제공하기 위해 열 배리어 재료를 캡슐화하는 것이 바람직할 것이며, 또한 제조 프로세스를 단순화하는 것이 바람직할 것이다.With so many different materials available, each with many different properties, it would be desirable to encapsulate the thermal barrier material to provide additional protection for both the battery cells and the thermal barrier, while also simplifying the manufacturing process. It would be desirable.

본 개시의 목적은 위에서 언급된 종래의 방법들 및 재료들의 적어도 하나의 단점을 제거하거나 완화하는 것이다. 본 명세서에서 제공되는 지지 부재는 전지 모듈들 또는 전지 팩들에 사용되는 열 배리어들의 캡슐화 및 취급을 개선하도록 설계된다.The objective of the present disclosure is to eliminate or alleviate at least one disadvantage of the conventional methods and materials mentioned above. The support member provided herein is designed to improve encapsulation and handling of thermal barriers used in battery modules or battery packs.

본 개시의 양태에서, 전기 에너지 저장 시스템에 사용하기 위한 단열 배리어는 적어도 하나의 단열층, 및 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층을 포함한다. 캡슐화 층은 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막을 포함한다. 내측 중합체 층은 단열층과 접촉하고, 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치된다.In aspects of the present disclosure, a thermal insulating barrier for use in an electrical energy storage system includes at least one thermal insulating layer and an encapsulation layer at least partially surrounding the thermal insulating layer. The encapsulation layer includes a laminate membrane comprising an outer polymer layer, a malleable layer comprising a malleable material, and an inner polymer layer. The inner polymer layer is in contact with the insulating layer, and the malleable layer is disposed between the outer and inner polymer layers.

외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 예를 들어, 외측 중합체 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 본 개시의 일 양태에서, 외측 중합체 층은 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로 제조된다.The outer polymer layer includes a polymer that resists the dielectric heat transfer fluid within the electrical energy storage system. For example, the outer polymer layer includes a polymer that resists heat transfer fluids selected from the group consisting of hydrocarbon fluids, ester fluids, silicone fluids, fluoroether fluids, and combinations thereof. In one aspect of the disclosure, the outer polymer layer is made of polyoxymethylene, acrylonitrile butadiene styrene, polyamide-imide, polyamide, polycarbonate, polyester, polyetherimide, polystyrene, polysulfone, polyimide, and tereptide. It is made from a polymer selected from the group consisting of phthalates.

내측 중합체 층은 그 자체로 열 용접될 수 있는 중합체를 포함한다. 예를 들어, 내측 중합체 층은 폴리올레핀 중합체를 포함한다. 일부 양태들에서, 내측 중합체는 외측 중합체 층 내의 중합체와 상이한 중합체로 구성된다.The inner polymer layer comprises a polymer that can be heat welded to itself. For example, the inner polymer layer includes a polyolefin polymer. In some embodiments, the inner polymer is comprised of a different polymer than the polymer in the outer polymer layer.

가단성 층은 일부 양태들에서, 금속 포일을 포함한다. 일부 양태들에서, 가단성 층은 가단성 중합체를 포함한다.The malleable layer, in some aspects, includes a metal foil. In some aspects, the malleable layer includes a malleable polymer.

본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 외측 중합체 층과 가단성 층 및/또는 내측 중합체 층과 가단성 층 사이에 배치된 접착제를 더 포함한다.In aspects of the present disclosure, the encapsulation layer further comprises an adhesive disposed between the outer polymer layer and the malleable layer and/or the inner polymer layer and the malleable layer.

본 개시의 양태에서, 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 사이의 전체 두께를 갖는다.In aspects of the present disclosure, the outer polymer layer has a thickness of about 10 μm to about 100 μm. In aspects of the present disclosure, the malleable layer has a thickness of about 10 μm to about 100 μm. In aspects of the present disclosure, the inner polymer layer has a thickness of about 10 μm to about 100 μm. In aspects of the present disclosure, the encapsulation layer has an overall thickness between about 30 μm and about 300 μm.

본 개시의 양태에서, 단열층은 25℃에서 약 50 mW/m-K 미만 및 600℃에서 약 60 mW/m-K 미만의 단열층의 두께 치수를 통한 열전도도를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 단열층은 에어로겔을 포함한다.In aspects of the present disclosure, the insulating layer has a thermal conductivity through the thickness dimension of the insulating layer of less than about 50 mW/m-K at 25°C and less than about 60 mW/m-K at 600°C. In aspects of the present disclosure, the thermal insulating layer includes airgel.

본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싼다. 본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 함께 열 용접된 두 개의 라미네이트 막들로 구성된다. 본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 단열층을 둘러싼다. 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 인클로저를 형성하기 위해 그 자체에 열 용접된다.In aspects of the present disclosure, the encapsulation layer completely surrounds the insulating layer. In an aspect of the present disclosure, the encapsulation layer is comprised of two laminate membranes heat welded together. In aspects of the present disclosure, the encapsulation layer surrounds the insulating layer. The encapsulation layer is heat welded to itself to form an enclosure that at least partially surrounds the insulating layer.

본 개시의 양태에서, 전기 에너지 저장 시스템에서의 배터리 셀들 간에 사용하기 위한 단열층을 캡슐화하는 방법은: 단열층의 적어도 일부분을, 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막으로 둘러싸는 단계 ― 내측 중합체 층은 단열층과 접촉하고, 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ―; 및 라미네이트 막을 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계 ― 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러쌈 ― 를 포함한다.In an aspect of the present disclosure, a method of encapsulating an insulating layer for use between battery cells in an electrical energy storage system comprises: at least a portion of the insulating layer comprising an outer polymer layer, a malleable layer comprising a malleable material, and an inner polymer layer. Surrounding with a laminate membrane, wherein the inner polymer layer is in contact with the insulating layer and the malleable layer is disposed between the outer and inner polymer layers; and thermally welding the laminate membrane to form an encapsulation layer, the encapsulation layer at least partially surrounding the insulating layer.

본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법은 단열층의 적어도 일부분을 제1 라미네이트 막으로 덮는 단계; 단열층의 적어도 일부분을 제2 라미네이트 막으로 덮는 단계; 및 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계를 포함한다.In aspects of the present disclosure, a method of encapsulating a thermal insulation layer includes covering at least a portion of the thermal insulation layer with a first laminate film; covering at least a portion of the insulating layer with a second laminate film; and heat welding a portion of the first laminate membrane to the second laminate membrane to form the encapsulation layer.

본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법에서, 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 캡슐화 층을 형성하는 단계는: 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계; 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함한다.In an aspect of the present disclosure, in a method of encapsulating an insulating layer, a first indentation is formed in the first laminate film, the first indentation being complementary in shape and size to the insulating layer; A second indentation is formed in the second laminate film, and the second indentation is complementary in shape and size to the insulating layer. Forming the encapsulation layer includes: disposing an insulating layer in the first indentation of the first laminate membrane; disposing the second laminate film on the first laminate film such that the second indentation is substantially aligned with the first indentation; and heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.

본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법에서, 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적이다. 캡슐화 층을 형성하는 단계는: 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계; 제2 만입부의 일부분이 제1 만입부 내부에 배치되도록 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함한다.In an aspect of the present disclosure, in a method of encapsulating an insulating layer, a first indentation is formed in the first laminate membrane, and the first indentation is complementary in shape and size to the insulating layer. A second indentation is formed in the second laminate film, the second indentation being complementary in shape and size to the first indentation. Forming the encapsulation layer includes: disposing an insulating layer in the first indentation of the first laminate membrane; disposing the second laminate film on the first laminate film with the second indentation substantially aligned with the first indentation such that a portion of the second indentation is disposed within the first indentation; and heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.

본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법에서, 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적이다. 캡슐화 층을 형성하는 단계는: 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계; 제2 만입부의 일부분이 제1 만입부 내부에 배치되도록 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함한다.In an aspect of the present disclosure, in a method of encapsulating an insulating layer, a first indentation is formed in the first laminate membrane, and the first indentation is complementary in shape and size to the insulating layer. A second indentation is formed in the second laminate film, the second indentation being complementary in shape and size to the first indentation. Forming the encapsulation layer includes: disposing an insulating layer in the first indentation of the first laminate membrane; disposing the second laminate film on the first laminate film with the second indentation substantially aligned with the first indentation such that a portion of the second indentation is disposed within the first indentation; and heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.

본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법에서, 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 이 시점에서, 캡슐화 층을 형성하는 단계는: 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계; 라미네이트 막의 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되도록 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및 라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함한다.In an aspect of the present disclosure, in a method of encapsulating an insulating layer, a first indentation is formed in the first laminate membrane, and the first indentation is complementary in shape and size to the insulating layer. A second indentation is formed in the laminate film, and the second indentation is complementary in shape and size to the insulating layer. At this point, forming the encapsulation layer includes: disposing an insulating layer in the first indentation of the laminate membrane; folding the laminate film so that the second indentation of the laminate film is substantially aligned with the first indentation; and heat welding a portion of the laminate membrane to itself.

본 개시의 양태에서, 연장되는 라미네이트 막의 열 용접된 부분들은 단열층의 하나 이상의 측에 대해 폴딩된다.In an aspect of the present disclosure, the thermally welded portions of the extending laminate membrane are folded against one or more sides of the insulating layer.

본 개시의 다른 양태에서, 전지 모듈은 복수의 전지 셀들 및 인접한 전지 셀들 사이에 배치되는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 하나 이상의 단열 배리어를 포함한다.In another aspect of the present disclosure, a battery module includes a plurality of battery cells and one or more thermal insulating barriers as described herein disposed between adjacent battery cells.

다른 양태에서, 본 명세서에서는 상기한 양태들 중 어느 하나에 따른 전지 모듈 또는 팩을 포함하는 디바이스 또는 차량이 제공된다. 일부 실시예들에서, 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구이다. 일부 실시예들에서, 차량은 전기 차량이다.In another aspect, a device or vehicle including a battery module or pack according to any of the above aspects is provided herein. In some embodiments, the device may include a laptop computer, a PDA, a mobile phone, a tag scanner, an audio device, a video device, a display panel, a video camera, a digital camera, a desktop computer, a military handheld computer, a military phone, a laser rangefinder, a digital communications device, an intelligent collection device, etc. Sensors, electronic integrated clothing, night vision equipment, power tools, calculators, radios, remote control devices, GPS devices, handheld and portable televisions, automobile starters, flashlights, acoustic devices, portable heating devices, portable vacuum cleaners or portable medical tools. . In some embodiments, the vehicle is an electric vehicle.

본 명세서에서 설명되는 단열 배리어는 기존의 열 폭주 완화 전략에 비해 하나 이상의 장점을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 단열 배리어는 전지 모듈 또는 팩의 에너지 밀도 및 조립 비용에 큰 영향을 미치지 않으면서 셀 열 폭주 전파를 최소화 또는 제거할 수 있다. 본 개시의 단열 배리어는 정상적인 동작 조건뿐만 아니라 열 폭주 조건 하에서도 유리한 열 속성을 보유하면서 셀의 수명 동안 계속되는 셀의 팽윤을 수용하기 위해 압축성, 압축 탄력성 및 순응성에 대한 유리한 속성을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 단열 배리어들은 내구성이 있고 취급하기 용이하고, 사용되는 재료의 두께 및 중량을 최소화하면서 열 전파 및 화재 전파에 유리한 내성을 가지며, 압축성, 압축 탄력성, 및 순응성에 유리한 속성을 또한 갖는다.The thermal insulating barrier described herein may provide one or more advantages over existing thermal runaway mitigation strategies. The thermal insulating barrier described herein can minimize or eliminate cell thermal runaway propagation without significantly affecting the energy density and assembly cost of the battery module or pack. Thermal insulating barriers of the present disclosure can provide advantageous properties of compressibility, compression resilience, and compliance to accommodate continued swelling of the cell over the life of the cell while retaining advantageous thermal properties under normal operating conditions as well as thermal runaway conditions. The thermal insulating barriers described herein are durable and easy to handle, have advantageous resistance to heat propagation and fire propagation while minimizing the thickness and weight of the materials used, and also have advantageous properties of compressibility, compression resilience, and compliance. .

이에 따라, 본 개시를 일반적인 용어로 설명하면, 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아닌 첨부된 도면들을 참조할 수 있고, 첨부된 도면들에서:도 1a는 라미네이트 막에 의해 캡슐화된 단열층의 단면도이다.
도 1b는 라미네이트 막의 측면도이다.
도 1c는 두 개의 외측 중합체 층들을 갖는 라미네이트 막의 측면도이다.
도 2a는 두 개의 라미네이트 막 시트들을 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 프로세스에 의해 형성된 캡슐화 층에 의해 캡슐화된 단열층의 개략도를 도시한다.
도 2c는 단일 라미네이트 막 시트를 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 3a는 두 개의 라미네이트 막 시트들을 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 프로세스의 개략도를 도시하며, 여기서 두 개의 시트들 모두는 단열층을 수용하기 위한 만입부를 갖는다.
도 3b는 도 3a에 도시된 프로세스에 의해 형성된 캡슐화 층에 의해 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
도 3c는 두 개의 만입부들을 갖는 단일 라미네이트 막 시트를 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 4a는 만입된 두 개의 라미네이트 막 시트들을 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 4b는 도 4a에 도시된 프로세스에 의해 형성된 캡슐화 층에 의해 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
도 4c는 두 개의 만입부들을 갖는 단일 라미네이트 막 시트를 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 5a는 하나의 시트는 만입되지만 다른 시트는 만입되지 않은 두 개의 라미네이트 막 시트들을 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 5b는 도 5a에 도시된 프로세스에 의해 형성된 캡슐화 층에 의해 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
도 5c는 하나의 섹션에 단일 만입부를 가지며 다른 섹션에는 만입부가 없는 단일 라미네이트 막 시트를 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 6a는 캡슐화 층을 폴딩하는 방법의 개략도를 도시한다.
도 6b는 코너들에 컷아웃들을 갖는 캡슐화를 폴딩하는 방법의 개략도를 도시한다.
도 6c는 캡슐화 층 에지들을 이중 폴딩하는 방법의 개략도를 도시한다.
도 7은 라미네이트 막에 형성된 만입부의 개략도를 도시한다.
도 8a는 단일 라미네이트 막으로 단열 배리어를 캡슐화하기 위한 조립 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 8b는 두 개의 라미네이트 막들로 단열 배리어를 캡슐화하기 위한 조립 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 9는 전지 셀들 사이에 단열 배리어들을 갖는 전지 모듈의 개략도를 도시한다.
본 발명은 다양한 변형들 및 대안적인 형태들에 취약할 수 있지만, 본 발명의 특정 실시예들은 도면들에 예로서 도시되어 있으며, 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 도면들은 축척에 따르지 않을 수 있다. 그러나, 도면들 및 이에 대한 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한시키려는 의도가 아니라, 반대로, 모든 수정들, 등가물들, 및 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 대안들을 포함할 수 있다.
Accordingly, to describe the present disclosure in general terms, reference may be made to the accompanying drawings, which are not necessarily drawn to scale, in which: Figure 1a is a cross-sectional view of an insulating layer encapsulated by a laminate membrane;
Figure 1B is a side view of the laminate membrane.
Figure 1C is a side view of a laminate membrane with two outer polymer layers.
Figure 2A is a schematic diagram of the process of forming an encapsulation layer around an insulating layer using two laminate membrane sheets.
Figure 2b shows a schematic diagram of a thermal insulation layer encapsulated by an encapsulation layer formed by the process shown in Figure 2a.
Figure 2C shows a schematic diagram of an alternative process for forming an encapsulation layer around an insulating layer using a single laminate membrane sheet.
Figure 3A shows a schematic diagram of a process for forming an encapsulation layer around a thermal insulation layer using two laminate membrane sheets, where both sheets have indentations to receive the thermal insulation layer.
Figure 3b shows a top view of a thermal insulation layer encapsulated by an encapsulation layer formed by the process shown in Figure 3a.
Figure 3C shows a schematic diagram of an alternative process for forming an encapsulation layer around an insulating layer using a single laminate membrane sheet with two indentations.
Figure 4a shows a schematic diagram of an alternative process for forming an encapsulation layer around an insulating layer using two indented laminate membrane sheets.
Figure 4b shows a top view of a thermal insulation layer encapsulated by an encapsulation layer formed by the process shown in Figure 4a.
Figure 4C shows a schematic diagram of an alternative process for forming an encapsulation layer around an insulating layer using a single laminate membrane sheet with two indentations.
Figure 5A shows a schematic diagram of an alternative process for forming an encapsulation layer around an insulating layer using two laminate membrane sheets, one sheet indented but the other unindented.
Figure 5b shows a top view of a thermal insulation layer encapsulated by an encapsulation layer formed by the process shown in Figure 5a.
Figure 5C shows a schematic diagram of an alternative process for forming an encapsulation layer around an insulating layer using a single laminate membrane sheet with a single indentation in one section and no indentation in the other section.
Figure 6a shows a schematic diagram of a method of folding the encapsulation layer.
Figure 6b shows a schematic diagram of a method of folding an encapsulation with cutouts in the corners.
Figure 6c shows a schematic diagram of a method of double folding encapsulation layer edges.
Figure 7 shows a schematic diagram of an indentation formed in a laminate membrane.
Figure 8A shows a flow diagram of the assembly process for encapsulating a thermal insulating barrier with a single laminate membrane.
Figure 8b shows a flow diagram of the assembly process for encapsulating an insulating barrier with two laminate films.
Figure 9 shows a schematic diagram of a battery module with thermal insulating barriers between battery cells.
Although the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments of the invention have been shown by way of example in the drawings and will be described in detail herein. Drawings may not be to scale. However, the drawings and the detailed description thereof are not intended to limit the invention to the specific form disclosed, but rather all modifications, equivalents, and alternatives that fall within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. may include.

바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명에서, 상세한 설명의 일부를 형성하고, 본 개시가 실시될 수 있는 구체적인 실시예들을 예로서 도시한 첨부 도면들을 참조한다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 구조적 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.In the following detailed description of preferred embodiments, reference is made to the accompanying drawings, which form a part of the detailed description and illustrate by way of example specific embodiments in which the present disclosure may be practiced. It will be understood that other embodiments may be utilized and structural changes may be made without departing from the scope of the present disclosure.

본 개시는 에너지 저장 시스템에서 열 폭주 이슈를 관리하기 위해 단열 배리어 및 단열 배리어들을 포함하는 시스템에 관한 것이다. 예시적인 실시예들은 적어도 하나의 단열층, 및 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층을 포함하는 단열 배리어를 포함한다.This disclosure relates to an insulating barrier and a system including insulating barriers to manage thermal runaway issues in an energy storage system. Exemplary embodiments include a thermally insulative barrier comprising at least one insulative layer and an encapsulation layer at least partially surrounding the insulative layer.

단열층은 전지 셀들 또는 전지 모듈들을 분리하기 위해 통상적으로 사용되는 임의의 종류의 단열층을 포함할 수 있다. 예시적인 단열층들은 중합체계 열 배리어(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리이미드, 및 방향족 폴리아미드(아라미드)), 상 변화 재료, 팽창성 재료, 에어로겔 재료, 미네랄계 배리어(예를 들어, 미카), 및 무기 열 배리어(예를 들어, 유리 섬유 함유 배리어)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.The insulating layer may include any type of insulating layer commonly used to separate battery cells or battery modules. Exemplary insulating layers include polymer-based thermal barriers (e.g., polypropylene, polyester, polyimide, and aromatic polyamide (aramid)), phase change materials, intumescent materials, airgel materials, mineral-based barriers (e.g., mica ), and inorganic thermal barriers (e.g., glass fiber containing barriers).

바람직한 실시예에서, 단열층은 에어로겔 재료를 포함한다. 에어로겔 단열층에 대한 설명은 미국 특허 출원 공보 제2021/0167438호 및 미국 가특허 출원 제63/218,205호에 기재되어 있으며, 이들 둘 모두는 본 명세서에 참조로 통합된다.In a preferred embodiment, the thermal insulation layer comprises an airgel material. Descriptions of airgel insulation layers are described in U.S. Patent Application Publication No. 2021/0167438 and U.S. Provisional Patent Application No. 63/218,205, both of which are incorporated herein by reference.

단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 25℃에서 약 50 mW/mK 이하, 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 상기의 단열층의 두께 지수를 통한 열전도도를 가질 수 있다.The insulation layer has a temperature of about 50 mW/mK or less, about 40 mW/mK or less, about 30 mW/mK or less, about 25 mW/mK or less, about 20 mW/mK or less, about 18 mW at 25°C under a load of about 5 MPa or less. /mK or less, about 16 mW/mK or less, about 14 mW/mK or less, about 12 mW/mK or less, about 10 mW/mK or less, about 5 mW/mK or less, or a range between any two of these values. It may have thermal conductivity through the thickness index of the above-mentioned insulating layer.

단열층들은 단열층들을 전지 모듈 또는 전지 팩 내로 통합하는 것을 어렵게 만드는 다수의 상이한 물리적 속성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 단열층들은 매우 낮은 굴곡 탄성률(예를 들어, 10 MPa 미만)을 가져, 재료들을 취급하고 전지 셀들 사이에 위치시키기 어렵게 만든다. 추가적으로, 낮은 굴곡 탄성률 재료는 특히 자동화된 캡슐화 프로세스를 사용하는 경우, 조작하기 어려울 수 있다. 일부 단열층들은 전기 저장 시스템들에 해로울 수 있는 미립자 물질(먼지)을 생성하는 경향이 있어, 제조 문제들을 일으킨다.Insulating layers can have a number of different physical properties that make it difficult to integrate the insulating layers into a battery module or battery pack. For example, some insulating layers have a very low flexural modulus (eg, less than 10 MPa), making the materials difficult to handle and position between battery cells. Additionally, low flexural modulus materials can be difficult to manipulate, especially when using automated encapsulation processes. Some insulation layers tend to generate particulate matter (dust) that can be harmful to electrical storage systems, causing manufacturing problems.

본 개시는 라미네이트 막을 포함하는 캡슐화 층을 사용함으로써 이러한 문제들을 완화하도록 돕는다. 단열층의 적어도 일부분을 캡슐화 층이 둘러싼다. 일 실시예에서, 라미네이트 막은 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함한다. 내측 중합체 층은 단열층과 접촉한다. 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치된다. 내측 및 외측 중합체 층들은 에너지 저장 시스템에 존재하는 유체 및 주변 대기로부터의 단열층에 대한 손상을 방지하기 위한 배리어로서의 역할을 한다. 가단성 층은 또한 단열층에 대한 보호를 제공하지만, 가단성 층은 또한 단열층에 대한 강성이지만 가단성인 지지부로서 단열층에 대한 추가 지지를 제공한다.The present disclosure helps alleviate these problems by using an encapsulation layer that includes a laminate membrane. An encapsulation layer surrounds at least a portion of the insulating layer. In one embodiment, the laminate membrane includes an outer polymer layer, a malleable layer comprising a malleable material, and an inner polymer layer. The inner polymer layer is in contact with the insulating layer. The malleable layer is disposed between the outer and inner polymer layers. The inner and outer polymer layers act as a barrier to prevent damage to the thermal insulation layer from the surrounding atmosphere and fluids present in the energy storage system. The malleable layer also provides protection for the insulating layer, but the malleable layer also provides additional support to the insulating layer as a rigid but malleable support for the insulating layer.

캡슐화 층에 의해 캡슐화되는 단열층을 포함하는 단열 배리어의 실시예가 도 1a에 도시되어 있다. 단열 배리어(100)는 단열층(110)을 포함한다. 단열층(110)은 캡슐화 층(120)에 의해 둘러싸인다. 실시예에서, 캡슐화 층은 외측 중합체 층(122), 가단성 층(124), 및 내측 중합체 층(126)을 포함하는 라미네이트 막이다. 라미네이트 막의 확대된 측면도가 도 1b에 도시되어 있다. 단열층을 캡슐화하기 위해 사용될 때, 내측 중합체 층(126)은 단열층(110)과 접촉한다. 가단성 층(124)은 외측 중합체 층(122)과 내측 중합체 층(126) 사이에 배치된다.An embodiment of a thermally insulating barrier comprising a thermally insulating layer encapsulated by an encapsulation layer is shown in Figure 1A. The heat insulating barrier 100 includes a heat insulating layer 110. Insulating layer 110 is surrounded by encapsulation layer 120. In an embodiment, the encapsulation layer is a laminate membrane comprising an outer polymer layer (122), a malleable layer (124), and an inner polymer layer (126). An enlarged side view of the laminate membrane is shown in Figure 1B. When used to encapsulate an insulating layer, inner polymer layer 126 is in contact with insulating layer 110. Malleable layer 124 is disposed between outer polymer layer 122 and inner polymer layer 126.

일부 전기 에너지 저장 시스템들에서, 유체 전달 시스템이 전기 에너지 저장 시스템에 결합된다. 사용 동안, 유체 전달 시스템은 열 전달 유체를 전기 에너지 저장 시스템 내로 통과시키고, 유체가 전기 에너지 저장 시스템을 통과한 후에 열 전달 유체를 수집한다. 유체 전달 시스템은 유전체 액체 유체 또는 유전체 기체를 전기 에너지 저장 시스템 내로 통과시킨다. 일부 양태들에서, 유체는 유체가 전기 에너지 저장 시스템 내의 구성요소들을 가열 또는 냉각하도록 각각 가열 또는 냉각된다.In some electrical energy storage systems, a fluid delivery system is coupled to the electrical energy storage system. During use, the fluid transfer system passes heat transfer fluid into the electrical energy storage system and collects the heat transfer fluid after the fluid passes through the electrical energy storage system. A fluid delivery system passes a dielectric liquid fluid or dielectric gas into an electrical energy storage system. In some aspects, the fluid is heated or cooled such that the fluid heats or cools components within the electrical energy storage system, respectively.

예시적인 유전체 열 전달 유체는 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 및 플루오로에테르 유체를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전기 에너지 저장 시스템의 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있는 탄화수소 유체는 방향족 탄화수소(예를 들어, 디에틸 벤젠 및 디벤질 톨루엔) 및 지방족 탄화수소(예를 들어, 파라핀 오일, 이소 파라핀 오일, 및 폴리알파올레핀)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전기 에너지 저장 시스템의 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있는 에스테르 유체는 디에스테르 및 폴리올레스테르 열 전달 유체들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전기 에너지 저장 시스템의 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있는 실리콘 유체는 디메틸폴리실록산, 메틸페닐폴리실록산, 디페닐폴리실록산, 및 할로겐화 폴리실록산을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전기 에너지 저장소의 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있는 플루오로에테르 유체는 퍼플루오로폴리에테르 및 히드로플루오로에테르를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.Exemplary dielectric heat transfer fluids include, but are not limited to, hydrocarbon fluids, ester fluids, silicone fluids, and fluoroether fluids. Hydrocarbon fluids that can be used to cool components of an electrical energy storage system include aromatic hydrocarbons (e.g., diethyl benzene and dibenzyl toluene) and aliphatic hydrocarbons (e.g., paraffin oil, isoparaffin oil, and polyalpha olefin), but is not limited thereto. Ester fluids that can be used to cool components of an electrical energy storage system include, but are not limited to, diester and polyolester heat transfer fluids. Silicone fluids that can be used to cool components of electrical energy storage systems include, but are not limited to, dimethylpolysiloxane, methylphenylpolysiloxane, diphenylpolysiloxane, and halogenated polysiloxane. Fluoroether fluids that can be used to cool components of electrical energy storage include, but are not limited to, perfluoropolyethers and hydrofluoroethers.

본 개시의 일 양태에서, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 본 개시의 특정 양태들에서, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템들에서 통상적으로 사용되는 하나 이상의 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 예를 들어, 외측 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 또는 이들 유체의 임의의 조합에 저항하는 중합체를 포함한다. 외측 중합체 층으로서 사용될 수 있는 예시적인 중합체는 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.In one aspect of the disclosure, the outer polymer layer includes a polymer that resists the dielectric heat transfer fluid within the electrical energy storage system. In certain aspects of the present disclosure, the outer polymer layer includes a polymer that resists one or more heat transfer fluids commonly used in electrical energy storage systems. For example, the outer layer includes a polymer that resists hydrocarbon fluids, ester fluids, silicone fluids, fluoroether fluids, or any combination of these fluids. Exemplary polymers that can be used as the outer polymer layer include polyoxymethylene, acrylonitrile butadiene styrene, polyamide-imide, polyamide, polycarbonate, polyester, polyetherimide, polystyrene, polysulfone, polyimide, and terete. Including, but not limited to, phthalates, or combinations thereof.

외측 중합체 층은 또한 단열층에 마모 보호를 제공할 수 있다. 사용 동안, 외부 스트레스는 단열층을 손상시킬 수 있다. 단열층에 대한 손상은 단열층의 단열 속성들을 손상시킬 수 있다. 보호되지 않은 단열층에 발생할 수 있는 외부 스트레스는 전지 셀들의 팽창에 의해 야기되는 스트레스, 주변 온도의 변화, 외부 충격, 외부 파열, 및 단열층의 외부 스크래칭을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 개시의 일부 양태들에서, 외측 중합체 층은 외부 스트레스로부터 단열층을 보호하는 재료로부터 선택된다. 외측 중합체 층로서 사용될 수 있는 예시적인 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 및 배향된 나일론("ONy")을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.The outer polymer layer can also provide wear protection to the thermal insulation layer. During use, external stresses can damage the insulation layer. Damage to the insulating layer can impair the insulating properties of the insulating layer. External stresses that may occur in an unprotected insulating layer include, but are not limited to, stress caused by expansion of battery cells, changes in ambient temperature, external shock, external rupture, and external scratching of the insulating layer. In some aspects of the present disclosure, the outer polymer layer is selected from materials that protect the insulating layer from external stresses. Exemplary polymers that can be used as the outer polymer layer include, but are not limited to, polyethylene terephthalate (“PET”) and oriented nylon (“ONy”).

단일 외측 중합체 층이 위에서 설명되지만, 외측 중합체 층은 두 개 이상의 중합체 층들로 구성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 도 1c는 두 개의 상이한 중합체 층들(122a 및 122b)로 구성된 외측 층을 갖는 본 개시의 양태를 도시한다. 다수의 외측 중합체 층들이 사용될 때, 추가적인 외측 중합체 층들은 동일한 중합체 또는 상이한 중합체로 형성될 수 있다. 본 발명의 양태에서, 외측 중합체 층은 위에 놓인 PET 중합체 층을 갖는 ONy 중합체 층으로 구성된다.Although a single outer polymer layer is described above, it should be understood that the outer polymer layer may be composed of two or more polymer layers. 1C shows an embodiment of the present disclosure with the outer layer consisting of two different polymer layers 122a and 122b. When multiple outer polymer layers are used, the additional outer polymer layers may be formed from the same polymer or different polymers. In an aspect of the invention, the outer polymer layer consists of an ONy polymer layer with an overlying PET polymer layer.

도 1a에 도시된 바와 같이, 내측 중합체 층(126)은 단열층(110)과 접촉한다. 내측 중합체 층(110)은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸, 단열층을 외부 화학적 및 기계적 손상으로부터 보호한다. 단열층은 또한 캡슐화 층 내에 포함된 단열층으로부터의 미립자 물질을 유지하는 배리어로서 작용하여, 손상을 주는 입자들이 전기 에너지 저장 시스템에서 분산되는 것을 억제하거나 방지한다.As shown in Figure 1A, inner polymer layer 126 contacts insulating layer 110. The inner polymer layer 110 at least partially surrounds the insulating layer and protects the insulating layer from external chemical and mechanical damage. The insulating layer also acts as a barrier to retain particulate material from the insulating layer contained within the encapsulation layer, inhibiting or preventing damaging particles from dispersing in the electrical energy storage system.

본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 캡슐화 층(120)은 단열층(110) 주위에 시일을 형성하기 위해 서로 연결되는 두 개의 별개의 라미네이트 막들(예를 들어, 상단 막(120a) 및 하단 막(120b))로 구성될 수 있다. 대안적인 양태에서, 캡슐화 층은 단열층을 캡슐화하기 위해 위로 폴딩되고 자체적으로 실링되는 단일 라미네이트 막으로 형성될 수 있다.As discussed herein, encapsulation layer 120 is comprised of two separate laminate films (e.g., top film 120a and bottom film 120b) joined together to form a seal around insulating layer 110. ) can be composed of. In an alternative embodiment, the encapsulation layer may be formed from a single laminate membrane that is folded over and seals to itself to encapsulate the insulating layer.

일 양태에서, 내측 중합체 층(126)은 그 자체에 열 용접될 수 있는 재료를 포함한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 단열층(110)을 캡슐화한 후, 캡슐화 층(120)은 단열층으로부터 멀리 연장된다. 예를 들어, 단열층의 상단면 상에 배치된 내측 중합체 층은 단열층 주위에 시일을 형성하기 위해 단열층의 하단면 상에 배치된 내측 중합체 층에 열 용접될 수 있다. 단열층 외부에 있는 위치에서, 가열된 객체를 상단 라미네이트 막 및/또는 하단 라미네이트 막에 적용함으로써 열 시일이 형성될 수 있다. 가열된 객체로부터의 열은 중합체의 온도를 상단 및 하단 층들에 사용되는 중합체가 함께 융합될 수 있는 지점까지 상승시킬 것이다. 라미네이트 막의 내층으로서 사용될 수 있는 예시적인 중합체는 폴리올레핀 중합체이다. 내측 중합체 층으로서 사용될 수 있는 폴리올레핀 중합체의 예들은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.In one aspect, the inner polymer layer 126 includes a material that can be heat welded to itself. As shown in Figure 1A, after encapsulating the insulating layer 110, the encapsulating layer 120 extends away from the insulating layer. For example, an inner polymer layer disposed on the top side of the insulation layer can be heat welded to an inner polymer layer disposed on the bottom side of the insulation layer to form a seal around the insulation layer. A heat seal may be formed by applying a heated object to the top laminate membrane and/or the bottom laminate membrane at a location outside the thermal insulation layer. The heat from the heated object will raise the temperature of the polymer to the point where the polymer used for the top and bottom layers can fuse together. Exemplary polymers that can be used as the inner layer of the laminate membrane are polyolefin polymers. Examples of polyolefin polymers that can be used as the inner polymer layer include, but are not limited to, polyethylene and polypropylene.

내측 중합체 층은 또한 단열층에 화학적 저항 및/또는 열 저항을 제공할 수 있다. 사용 동안, 전지 모듈의 전기적 요구로 인해 전지 셀들의 온도가 증가할 수 있다. 마찬가지로, 전지 모듈들은 전지 팩에 대한 전기적 요구가 증가함에 따라 온도가 증가할 수 있다. 단열층들에 의해 분리되는 구성요소들의 온도의 증가는 단열층에 스트레스를 줄 수 있다. 추가적으로, 전지 셀들로부터의 화학적 누설은 단열층을 화학적으로 손상시켜, 단열층의 열 속성들을 손상시킬 수 있다. 본 발명의 일부 양태들에서, 내측 중합체 층은 화학적 및 열 손상으로부터 단열층을 보호하는 재료로부터 선택된다. 폴리올레핀 중합체는 단열층에 우수한 화학적 및 열 저항을 제공한다.The inner polymer layer may also provide chemical and/or thermal resistance to the insulating layer. During use, the temperature of the battery cells may increase due to the electrical demands of the battery module. Likewise, battery modules may experience increased temperatures as electrical demands on the battery pack increase. An increase in the temperature of the components separated by the insulating layers can stress the insulating layer. Additionally, chemical leakage from the battery cells can chemically damage the insulating layer, compromising its thermal properties. In some aspects of the invention, the inner polymer layer is selected from materials that protect the insulating layer from chemical and thermal damage. Polyolefin polymers provide excellent chemical and thermal resistance to the insulation layer.

일 양태에서, 가단성 층(124)은 내측 중합체 층(126)과 외측 중합체 층(122) 사이에 배치된다. 가단성 층은 일부 양태들에서, 단열 배리어의 지지 및 보호를 제공하기 위해 사용된다. 예를 들어, 단열층은 직조 또는 부직포 섬유질 보강 지지부를 포함한다. 이러한 지지 기반 단열층들은 그 경량 및 낮은 강성으로 인해, 전기 에너지 저장 시스템 내에, 특히 전지 셀들 사이에 설치하기 어려울 수 있다. 이러한 어려움은 대량 생산 환경에서 악화된다. 캡슐화 층에 가단성 층을 배치하는 것은 제조 동안 단열 배리어가 더 쉽게 조작될 수 있게 하는 지지부로서 작용할 수 있다.In one aspect, malleable layer 124 is disposed between inner polymer layer 126 and outer polymer layer 122. A malleable layer is used in some aspects to provide support and protection of the insulating barrier. For example, the insulating layer includes a woven or non-woven fibrous reinforcement support. Due to their light weight and low rigidity, these support-based insulation layers can be difficult to install within electrical energy storage systems, especially between battery cells. These difficulties are exacerbated in a mass production environment. Placing a malleable layer on the encapsulation layer can act as a support allowing the thermal insulating barrier to be more easily manipulated during manufacturing.

가단성 층은 전지 모듈들에 사용될 때 추가적인 열 및 기계적 보호를 또한 제공할 수 있다. 본 개시의 일부 양태들에서, 단열 배리어는 전지 모듈 내의 전지 셀들 사이에 배치된다. 열 폭주 이벤트 동안, 전지 셀들은 폭발적으로 파열되어, 모듈 전체에 걸쳐 고온 입자들 및 가스가 배출되게 할 수 있다. 이러한 방출된 재료는 인접한 전지 셀 케이싱들이 손상되게 하여, 때로는 인접한 전지 셀들이 폭주 상태로 들어가게 할 수 있다. 가단성 층을 포함하는 단열 배리어는 미립자 물질 및 가스가 인접한 전지 셀을 손상시키는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 가단성 층은 또한 수분 및 공기로부터 단열층을 보호할 수 있다.The malleable layer can also provide additional thermal and mechanical protection when used in battery modules. In some aspects of the present disclosure, a thermal insulating barrier is disposed between battery cells within a battery module. During a thermal runaway event, battery cells can explode explosively, releasing hot particles and gases throughout the module. This released material can cause adjacent battery cell casings to become damaged, sometimes causing adjacent battery cells to go into a runaway state. The thermal insulating barrier comprising a malleable layer can inhibit or prevent particulate matter and gases from damaging adjacent battery cells. The malleable layer can also protect the insulating layer from moisture and air.

일 양태에서, 가단성 층은 가단성 중합체 또는 가단성 금속 포일을 포함한다. 알루미늄이 라미네이트 캡슐화 층에 사용되는 가장 통상적인 금속이지만, 스테인리스 스틸 및 구리 포일과 같은 다른 가단성 금속 포일이 사용될 수 있다.In one aspect, the malleable layer comprises a malleable polymer or malleable metal foil. Aluminum is the most common metal used in laminate encapsulation layers, but other malleable metal foils such as stainless steel and copper foil can be used.

금속 포일의 사용은 또한 단열 배리어에 열 전달 속성들을 추가할 수 있다. 전지 셀들의 열 폭주가 발생할 때, 전지 셀은 매우 높은 온도로 가열된다. 이러한 열은 인접한 전지 셀들로 방사되어, 인접한 전지 셀들이 폭주 상태에 진입할 가능성을 증가시킬 수 있다. 금속 포일의 사용은 단열층에 열 전도성 금속 포일을 제공함으로써 단열 배리어의 열 속성들을 개선할 수 있다. 인접한 폭주 전지 셀에 의해 생성되는 열은 금속 포일 층으로 전달될 수 있다. 금속 포일층은 열이 금속 포일을 통해 전지 셀들로부터 멀리 전달될 수 있게 하는 케이싱의 일부분(예를 들어, 냉각 플레이트)에 연결될 수 있다.The use of metal foil can also add heat transfer properties to the insulating barrier. When thermal runaway of battery cells occurs, the battery cells are heated to very high temperatures. This heat can be radiated to adjacent battery cells, increasing the likelihood that adjacent battery cells will enter a runaway state. The use of metal foil can improve the thermal properties of the insulating barrier by providing a thermally conductive metal foil to the insulating layer. Heat generated by adjacent runaway battery cells can be transferred to the metal foil layer. The metal foil layer may be connected to a portion of the casing (eg, a cooling plate) that allows heat to be transferred away from the battery cells through the metal foil.

본 명세서에서 논의될 때, 캡슐화 층은 외측 중합체 층, 내측 중합체 층, 및 중합체 층들 사이에 배치된 가단성 층을 포함하는 라미네이트 구조물로 구성된다. 일부 양태들에서, 내측 중합체 층은 외측 중합체 층의 중합체와 상이한 중합체 재료로 구성된다. 예를 들어, 내측 중합체 층은 쉽게 함께 융합될 수 있는 재료로 구성될 수 있는 한편, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템에서 사용되는 냉각제 유체에 저항하는 재료로 구성될 수 있다.As discussed herein, the encapsulation layer is comprised of a laminate structure comprising an outer polymer layer, an inner polymer layer, and a malleable layer disposed between the polymer layers. In some aspects, the inner polymer layer is comprised of a different polymer material than the polymer of the outer polymer layer. For example, the inner polymer layer can be composed of a material that can be easily fused together, while the outer polymer layer can be composed of a material that resists coolant fluids used in electrical energy storage systems.

캡슐화 층으로서 사용되는 라미네이트 막은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 다수의 층들로 구성된 단일 막으로서 구성될 수 있다. 양태에서, 라미네이트 막은 두 개의 중합체 층들 사이에 가단성 층을 배치하고 열 및/또는 압력을 사용하여 내측 및 외측 중합체 층을 함께 융합함으로써 형성될 수 있다. 다른 양태에서, 층들을 함께 홀딩하기 위해 접착 글루 또는 테이프가 사용될 수 있다. 예를 들어, 접착제는 외측 중합체 층과 가단성 층 그리고/또는 내측 중합체 층과 가단성 층 사이에 배치될 수 있다.The laminate membrane used as the encapsulation layer may be constructed as a single membrane composed of multiple layers, as described herein. In an aspect, a laminate membrane may be formed by placing a malleable layer between two polymer layers and using heat and/or pressure to fuse the inner and outer polymer layers together. In other aspects, adhesive glue or tape may be used to hold the layers together. For example, the adhesive can be disposed between the outer polymer layer and the malleable layer and/or the inner polymer layer and the malleable layer.

양태에서, 캡슐화 층의 두께는 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛이다. 캡슐화 층은 최대 약 30 ㎛, 최대 약 40 ㎛, 최대 약 50 ㎛, 최대 약 60 ㎛, 최대 약 70 ㎛, 최대 약 80 ㎛, 최대 약 90 ㎛, 최대 약 100 ㎛, 최대 약 120 ㎛, 최대 약 150 ㎛, 최대 약 200 ㎛, 최대 약 250 ㎛, 또는 최대 약 300 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 캡슐화 층이 라미네이트 막일 때, 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 가질 수 있고; 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 가질 수 있으며; 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.In embodiments, the thickness of the encapsulation layer is from about 30 μm to about 300 μm. The encapsulation layer has a thickness of up to about 30 μm, up to about 40 μm, up to about 50 μm, up to about 60 μm, up to about 70 μm, up to about 80 μm, up to about 90 μm, up to about 100 μm, up to about 120 μm, up to about It may have a thickness of 150 μm, up to about 200 μm, up to about 250 μm, or up to about 300 μm. When the encapsulation layer is a laminate membrane, the inner polymer layer can have a thickness of about 10 μm to about 100 μm; The malleable layer may have a thickness of about 10 μm to about 100 μm; The outer polymer layer can have a thickness of about 10 μm to about 100 μm.

본 개시의 단열층, 예를 들어, 에어로겔을 포함하는 단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 열전도도(통상적으로 mW/m-k로 측정됨)를 실질적으로 유지하거나 증가시킬 수 있다. 소정 실시예들에서, 본 개시의 단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 25℃에서 약 50 mW/mK 이하, 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 상기의 단열층의 두께 지수를 통한 열전도도를 갖는다. 에어로겔 단열층의 두께는 에어로겔 단열층이 받는 하중의 결과로서 감소될 수 있다. 예를 들어, 에어로겔 단열층의 두께는 약 0.50 MPa 내지 5 MPa의 하중 하에서 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내만큼 감소될 수 있다. 두께가 감소됨에 따라 에어로겔을 포함하는 단열층의 내열성이 감소될 수 있지만, 열전도도는 실질적인 양으로 유지되거나 증가될 수 있다.The insulating layer of the present disclosure, for example, an insulating layer comprising an airgel, can substantially maintain or increase thermal conductivity (typically measured in mW/m-k) under a load of about 5 MPa or less. In certain embodiments, the insulating layer of the present disclosure has a temperature of about 50 mW/mK or less, about 40 mW/mK or less, about 30 mW/mK or less, about 25 mW/mK or less, about 25°C under a load of about 5 MPa or less. 20 mW/mK or less, about 18 mW/mK or less, about 16 mW/mK or less, about 14 mW/mK or less, about 12 mW/mK or less, about 10 mW/mK or less, about 5 mW/mK or less, or these The thermal conductivity through the thickness index of the insulating layer is within a range between any two of the values. The thickness of the airgel insulation layer may be reduced as a result of the load on the airgel insulation layer. For example, the thickness of the airgel insulation layer is 50% or less, 40% or less, 30% or less, 25% or less, 20% or less, 15% or less, 10% or less, 5% or less, under a load of about 0.50 MPa to 5 MPa. Or it can be reduced by a range between any two of these values. As the thickness is reduced, the heat resistance of the insulating layer containing airgel may decrease, but the thermal conductivity may be maintained or increased by a substantial amount.

일 양태에서, 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싼다. 단열층의 완전한 캡슐화는 두 개의 라미네이트 막들을 함께 열 용접함으로써 달성될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "열 용접"이라는 용어는 열과 융합함으로써 중합체 재료들의 두 개의 피스들을 연결하는 프로세스를 지칭한다. 열 용접 프로세스에서, 중합체 피스들 중 하나, 또는 둘 모두는 중합체 피스들 중 하나, 또는 둘 모두를 형성하는 데 사용되는 재료의 유리 전이 온도 위로 가열된다. 중합체 피스들을 유리 전이 온도 위로 가열하는 것은 하나 또는 둘 다의 피스들의 재료가 연화되고 다른 피스와 융합되게 한다.In one aspect, the encapsulation layer completely surrounds the insulating layer. Complete encapsulation of the insulating layer can be achieved by heat welding the two laminate membranes together. As used herein, the term “thermal welding” refers to the process of joining two pieces of polymeric materials by heat and fusing. In a thermal welding process, one or both of the polymer pieces are heated above the glass transition temperature of the material used to form one or both of the polymer pieces. Heating the polymer pieces above their glass transition temperature causes the material of one or both pieces to soften and fuse with the other piece.

일 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법은: 단열층의 적어도 일부분을 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 라미네이트 막으로 둘러싸는 단계, 및 라미네이트 막을 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계 ― 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러쌈 ― 를 포함한다. 도 2a는 단열층을 캡슐화하는 방법의 일 양태를 도시한다. 이 양태에서, 두 개의 별개의 라미네이트 막들(220a 및 220b)은 각각 단열층(210)의 적어도 일부분을 덮는다. 예를 들어, 제1 라미네이트 막(220a)은 단열층의 상단면을 덮을 수 있고, 제2 라미네이트 막(220b)은 단열층의 하단면을 덮을 수 있다. 제1 라미네이트 막과 제2 라미네이트 막 둘 모두는 내측 중합체 층들이 서로 접촉하도록 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 단열층의 일반적인 형상의 가열된 요소는 제1 라미네이트 막과 접촉하고 제1 라미네이트 막 상에 가압될 수 있다. 가열된 요소는 제1 라미네이트 막의 내측 중합체 층이 제2 라미네이트 막의 내측 중합체 층과 융합되게 한다. 도 2b는 완전히 캡슐화된 단열층의 개략도를 도시한다.In one aspect, a method of encapsulating an insulative layer includes: surrounding at least a portion of the insulative layer with a laminate membrane as described herein, and heat welding the laminate membrane to form an encapsulation layer, wherein the encapsulation layer at least partially encapsulates the insulative layer. Surrounded by - includes . Figure 2A shows one aspect of a method for encapsulating an insulating layer. In this embodiment, two separate laminate films 220a and 220b each cover at least a portion of the insulating layer 210. For example, the first laminate film 220a may cover the top surface of the insulation layer, and the second laminate film 220b may cover the bottom surface of the insulation layer. Both the first and second laminate films are positioned such that the inner polymer layers are in contact with each other. The encapsulation layer can be formed by heat welding a portion of the first laminate membrane to the second laminate membrane. For example, a heated element of the general shape of the insulating layer can be brought into contact with the first laminate film and pressed onto the first laminate film. The heated element causes the inner polymer layer of the first laminate membrane to fuse with the inner polymer layer of the second laminate membrane. Figure 2b shows a schematic diagram of a fully encapsulated thermal insulation layer.

다른 양태에서, 단열층은 단열층의 적어도 일부분을 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 라미네이트 막으로 둘러싸고, 라미네이트 막을 열 용접하여, 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층을 형성함으로써, 캡슐화된다. 도 2c는 단열층을 캡슐화하는 방법의 일 양태를 도시한다. 이 양태에서, 단일 라미네이트 막(225)은 단일 라미네이트 막의 각 섹션이 단열층(210)의 적어도 일부분을 덮도록 그 자체로 폴딩된다. 예를 들어, 라미네이트 막의 제1 섹션(225a)은 단열층의 상단면을 덮을 수 있고, 라미네이트 막의 제2 섹션(225b)은 단열층의 하단면을 덮을 수 있다. 라미네이트 막들의 제1 섹션과 제2 섹션 둘 모두는 내측 중합체 층들이 서로 접촉하도록 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 단열층의 일반적인 형상의 가열된 요소는 제1 라미네이트 막과 접촉하고 제1 라미네이트 막 상에 가압될 수 있다. 가열된 요소는 제1 라미네이트 막의 내측 중합체 층이 제2 라미네이트 막의 내측 중합체 층과 융합되게 한다.In another aspect, the insulating layer is encapsulated by surrounding at least a portion of the insulating layer with a laminate membrane as described herein and heat welding the laminate membrane to form an encapsulation layer that at least partially surrounds the insulating layer. Figure 2C shows one aspect of a method for encapsulating an insulating layer. In this embodiment, the single laminate membrane 225 is folded upon itself such that each section of the single laminate membrane covers at least a portion of the insulating layer 210. For example, the first section 225a of the laminate film can cover the top surface of the insulation layer, and the second section 225b of the laminate film can cover the bottom surface of the insulation layer. Both the first and second sections of the laminate membranes are positioned such that the inner polymer layers are in contact with each other. The encapsulation layer can be formed by heat welding a portion of the first laminate membrane to the second laminate membrane. For example, a heated element of the general shape of the insulating layer can be brought into contact with the first laminate film and pressed onto the first laminate film. The heated element causes the inner polymer layer of the first laminate membrane to fuse with the inner polymer layer of the second laminate membrane.

도 3a에 도시된 바와 같이, 단열층(310)을 캡슐화하는 방법은 제1 라미네이트 막(320)에 제1 만입부(325)를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 만입부(325)는 단열층에 형상 및 크기가 상보적인 형상으로 라미네이트 막을 벤딩함으로써 형성된다. 라미네이트 막 내의 가단성 층의 존재는 제1 만입부가 형성되고 원하는 형상 및 크기를 유지할 수 있게 한다. 제2 라미네이트 막(330)에 제2 만입부(335)가 형성된다. 제1 라미네이트 막과 제2 라미네이트 막 둘 모두는 단열층이 만입부들에 위치되도록 배치된다. 예를 들어, 일 양태에서, 단열층(310)은 초기에 제2 만입부(335)에 배치된다. 그런 다음, 단열층이 제1 만입부(325)에 위치되도록 제1 라미네이트 막(320)이 제2 라미네이트 막 위에 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 완료될 수 있다. 도 3b는 완전히 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.As shown in FIG. 3A , the method of encapsulating the insulating layer 310 includes forming a first indentation 325 in a first laminate film 320 . The first indentation 325 is formed by bending the laminate film into a shape complementary in shape and size to the insulating layer. The presence of a malleable layer in the laminate membrane allows the first indentation to be formed and maintain the desired shape and size. A second indentation 335 is formed in the second laminate film 330. Both the first and second laminate films are arranged such that the insulating layer is located in the indentations. For example, in one aspect, insulating layer 310 is initially disposed in second indentation 335. The first laminate film 320 is then placed over the second laminate film such that the insulating layer is located in the first indentation 325. The encapsulation layer can be completed by heat welding a portion of the first laminate membrane to the second laminate membrane. Figure 3b shows a top view of a fully encapsulated insulating layer.

대안적인 실시예에서, 캡슐화 층은 그 자체로 실링된다. 이 대안적인 실시예에서, 단일 캡슐화 층은 그 자체로 폴딩되고 단열층을 둘러싸기에 충분히 길다. 폴딩되면, 캡슐화 층은 단열층을 캡슐화하기 위해 그 자체에 열 용접된다. 도 3c는 단일 라미네이트 막을 포함하는 캡슐화 층(350)으로 단열층(310)을 캡슐화하는 방법의 개략도를 도시한다. 라미네이트 막(350)에 제1 만입부(354) 및 제2 만입부(358)가 형성된다. 만입부들 둘 모두는 단열층에 크기 및 형상이 상보적인 크기 및 형상을 갖는다. 이 실시예에서, 캡슐화 층은 제1 만입부(354)에 단열층(310)을 배치함으로써 형성된다. 라미네이트 막은 제2 만입부(358)가 제1 만입부(354)와 실질적으로 정렬되도록 그 자체로 폴딩된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 완료될 수 있다.In an alternative embodiment, the encapsulation layer is self-sealing. In this alternative embodiment, the single encapsulation layer is long enough to fold upon itself and surround the insulating layer. Once folded, the encapsulation layer is heat welded to itself to encapsulate the insulating layer. Figure 3C shows a schematic diagram of a method of encapsulating the thermal insulation layer 310 with an encapsulation layer 350 comprising a single laminate membrane. A first indentation 354 and a second indentation 358 are formed in the laminate film 350. Both indentations have a size and shape complementary in size and shape to the insulating layer. In this embodiment, the encapsulation layer is formed by placing an insulating layer 310 in the first indentation 354. The laminate membrane is folded over itself such that the second indentation 358 is substantially aligned with the first indentation 354. The encapsulation layer can be completed by heat welding a portion of the first laminate membrane to the second laminate membrane.

단열층을 캡슐화하는 대안적인 방법이 도 4a에 도시되어 있다. 이 대안적인 양태에서, 단열층(410)을 캡슐화하는 방법은 제1 라미네이트 막(420)에 제1 만입부(425)를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 만입부(425)는 단열층에 형상 및 크기가 상보적인 형상으로 라미네이트 막을 벤딩함으로써 형성된다. 제2 라미네이트 막(430)에 제2 만입부(435)가 형성된다. 제2 만입부(435)는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적인 형상 및 크기를 갖는다. 구체적으로, 제2 만입부(435)는 제2 라미네이트 막의 만입된 부분이 제1 만입부에 맞춰질 수 있도록 하는 형상 및 크기로 이루어진다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 라미네이트 막들 둘 모두는 단열층이 제1 만입부(425) 내에 그리고 제2 만입부(435) 상에 위치되도록 배치된다. 예를 들어, 일 양태에서, 단열층(410)은 초기에 제1 만입부(425)에 배치된다. 그런 다음, 단열층이 제1 만입부(425) 내에 그리고 제2 만입부(435) 상에 위치되도록 제2 라미네이트 막(430)이 제1 라미네이트 막과 접촉하여 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 완료될 수 있다. 도 4b는 완전히 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.An alternative method of encapsulating the insulating layer is shown in Figure 4a. In this alternative aspect, a method of encapsulating an insulating layer (410) includes forming a first indentation (425) in a first laminate film (420). The first indentation 425 is formed by bending the laminate film into a shape complementary in shape and size to the insulating layer. A second indentation 435 is formed in the second laminate film 430. The second indentation 435 has a shape and size that are complementary to the first indentation. Specifically, the second indentation 435 is shaped and sized to allow the indented portion of the second laminate film to fit into the first indentation. As shown in FIG. 4A , both the first and second laminate films are positioned such that the insulating layer is located within the first indentation 425 and on the second indentation 435 . For example, in one aspect, insulating layer 410 is initially disposed in first indentation 425 . The second laminate film 430 is then placed in contact with the first laminate film such that the insulating layer is positioned within the first indentation 425 and on the second indentation 435. The encapsulation layer can be completed by heat welding a portion of the first laminate membrane to the second laminate membrane. Figure 4b shows a top view of a fully encapsulated insulating layer.

다른 양태에서, 캡슐화된 단열층을 형성하는 데 단일 라미네이트 막이 사용된다. 도 4c는 단일 라미네이트 막(450)이 단일 라미네이트 막의 각 섹션이 단열층(410)의 적어도 일부분을 덮도록 그 자체로 폴딩되는 실시예를 도시한다. 실시예에서, 라미네이트 막의 제1 섹션에 제1 만입부(465)가 형성된다. 제1 만입부(465)는 단열층에 형상 및 크기가 상보적인 형상으로 라미네이트 막을 벤딩함으로써 형성된다. 라미네이트 막의 제2 섹션에 제2 만입부(475)가 형성된다. 제2 만입부(475)는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적인 형상 및 크기를 갖는다. 구체적으로, 제2 만입부(475)는 제2 라미네이트 막의 만입된 부분이 제1 만입부에 맞춰질 수 있도록 하는 형상 및 크기로 이루어진다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 라미네이트 막의 제1 섹션 및 라미네이트 막의 제2 섹션은 단열층이 제1 만입부(465) 내에 그리고 제2 만입부(475) 상에 위치되도록 위치된다. 예를 들어, 일 양태에서, 단열층(410)은 초기에 제1 만입부(465)에 배치된다. 라미네이트 막(450)의 제2 섹션은 단열층이 제1 만입부(465) 내에 위치되고 제2 만입부(475)와 접촉하도록 제1 라미네이트 막 위로 폴딩되고 이와 접촉하여 배치된다. 캡슐화 층은 캡슐화된 단열층을 형성하기 위해 라미네이트 막의 제1 섹션의 일부분을 라미네이트 막의 제2 섹션의 일부분에 열 용접함으로써 완료될 수 있다.In another aspect, a single laminate membrane is used to form the encapsulated insulating layer. Figure 4C shows an embodiment in which the single laminate film 450 is folded upon itself such that each section of the single laminate film covers at least a portion of the insulating layer 410. In an embodiment, a first indentation 465 is formed in the first section of the laminate membrane. The first indentation 465 is formed by bending the laminate film into a shape complementary in shape and size to the insulating layer. A second indentation 475 is formed in the second section of the laminate membrane. The second indentation 475 has a shape and size that are complementary to the first indentation. Specifically, the second indentation 475 is shaped and sized to allow the indented portion of the second laminate film to fit into the first indentation. As shown in Figure 4C, the first section of the laminate membrane and the second section of the laminate membrane are positioned such that the insulating layer is located within the first indentation 465 and on the second indentation 475. For example, in one aspect, insulating layer 410 is initially disposed in first indentation 465. A second section of laminate film 450 is folded over and placed in contact with the first laminate film such that the insulating layer is located within first indentation 465 and in contact with second indentation 475 . The encapsulation layer can be completed by heat welding a portion of the first section of the laminate membrane to a portion of a second section of the laminate membrane to form an encapsulated insulating layer.

단열층을 캡슐화하는 대안적인 방법이 도 5a에 도시되어 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 단열층(510)을 캡슐화하는 방법은 제1 라미네이트 막(520)에 제1 만입부(525)를 형성하는 단계를 포함한다. 단열층(510)은 제1 만입부(525)에 위치된다. 그런 다음, 단열층이 제2 라미네이트 막에 의해 덮이도록 제2 라미네이트 막(530)이 제1 라미네이트 막과 접촉하여 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 완료될 수 있다. 도 5b는 완전히 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.An alternative method of encapsulating the insulating layer is shown in Figure 5a. As shown in FIG. 5A , a method of encapsulating an insulating layer 510 includes forming a first indentation 525 in a first laminate film 520 . The insulating layer 510 is located in the first indentation 525 . The second laminate film 530 is then placed in contact with the first laminate film such that the insulating layer is covered by the second laminate film. The encapsulation layer can be completed by heat welding a portion of the first laminate membrane to the second laminate membrane. Figure 5b shows a top view of a fully encapsulated insulating layer.

도 5c는 단일 라미네이트 막(550)이 단일 라미네이트 막의 각 섹션이 단열층(510)의 적어도 일부분을 덮도록 그 자체로 폴딩되는 실시예를 도시한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 라미네이트 막(550)의 제1 섹션에 제1 만입부(565)가 형성된다. 단열층(510)은 제1 만입부(565)에 위치된다. 그런 다음, 단열층이 라미네이트 막의 제2 섹션에 의해 덮이도록 라미네이트 막(550)의 제1 섹션(575)이 라미네이트 막의 제1 섹션과 접촉하여 배치된다. 캡슐화 층은 라미네이트 막의 제1 섹션의 일부분을 라미네이트 막의 제2 섹션의 일부분에 열 용접함으로써 완료될 수 있다.Figure 5C shows an embodiment in which a single laminate film 550 is folded upon itself such that each section of the single laminate film covers at least a portion of the insulating layer 510. As shown in Figure 5C, a first indentation 565 is formed in the first section of the laminate film 550. The insulating layer 510 is located in the first indentation 565. The first section 575 of the laminate membrane 550 is then placed in contact with the first section of the laminate membrane such that the insulating layer is covered by the second section of the laminate membrane. The encapsulation layer can be completed by heat welding a portion of the first section of the laminate membrane to a portion of the second section of the laminate membrane.

캡슐화 층이 라미네이트 막(들)을 예를 들어, 열 용접함으로써 형성된 후에, 단열층을 둘러싸는 일부 추가 재료, 전형적으로는 함께 열 용접되는 캡슐화 층의 부분이 있을 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 단열층은 캡슐화 층(620)에 의해 캡슐화된다. 열 용접된 캡슐화 층의 부분(625)은 단열층으로부터 멀리 연장된다. 이는 만약 있다면, 이러한 연장된 부분들을 수용하기 위한 추가 공간이 매우 적은 일부 에너지 저장 시스템들에서 문제가 될 수 있다. 본 양태에서, 연장된 부분들(625)은 단열 배리어의 크기를 감소시키기 위해 단열층을 향해 다시 폴딩될 수 있다. 도 6b에 도시된 대안적인 양태에서, 연장된 부분(625)에 컷아웃들(630)이 형성될 수 있다. 컷아웃들은 캡슐화의 각 에지가 단열층을 향해 폴딩된다면 재료가 이중으로 될 수 있는 코너들에서 팽창된 재료를 생성하지 않고, 연장된 부분이 더 쉽게 폴딩될 수 있게 한다. 일부 양태들에서, 이중 폴드가 사용될 수 있다.After the encapsulation layer has been formed, for example by heat welding the laminate film(s), there may be some additional material surrounding the insulating layer, typically portions of the encapsulation layer that are heat welded together. As shown in Figure 6A, the insulating layer is encapsulated by an encapsulation layer 620. A portion 625 of the heat-welded encapsulation layer extends away from the insulating layer. This can be a problem in some energy storage systems where there is very little additional space, if any, to accommodate these extended parts. In this aspect, the extended portions 625 can be folded back toward the insulating layer to reduce the size of the insulating barrier. In an alternative embodiment shown in FIG. 6B , cutouts 630 may be formed in the extended portion 625 . The cutouts allow the extended portion to be folded more easily, without creating bulging material at the corners, which could double the material if each edge of the encapsulation were folded toward the insulating layer. In some aspects, a double fold may be used.

도 6c는 에지들이 두 번 폴딩되는 실시예를 도시한다. 도 6c에서, 단열층(도시되지 않음)은 캡슐화 층(620)에 의해 캡슐화된다. 열 용접된 캡슐화 층의 부분(625)은 단열층으로부터 멀리 연장된다. 제1 폴드는 180도 폴드이며, 에지 재료는 그 자체로 폴딩된다. 연장된 에지들을 또한 감소시키기 위해, 에지 재료가 파우치의 측에 대해 폴딩되도록 에지 재료는 두 번째로 90도로 폴딩된다.Figure 6C shows an embodiment in which edges are folded twice. In Figure 6C, the insulating layer (not shown) is encapsulated by encapsulation layer 620. A portion 625 of the heat-welded encapsulation layer extends away from the insulating layer. The first fold is a 180 degree fold and the edge material is folded over itself. To also reduce the extended edges, the edge material is folded 90 degrees a second time so that the edge material is folded against the side of the pouch.

단열 배리어 주위에 파우치를 형성하기 위해 만입부들이 사용될 때, 만입부의 물리적 파라미터들은 단열층의 캡슐화를 개선하도록 최적화될 수 있다. 도 7은 라미네이트 막(700)에 형성된 만입부(710)의 개략도를 도시한다. 단열층의 캡슐화를 개선하기 위해 변경될 수 있는 만입부의 파라미터들은 깊이(D); 길이(L), 만입부 코너의 각도(θC), 및 에지의 반경(θE)을 포함한다. 인자들은 가단성 층 재료 및 그 두께를 고려하도록 최적화될 수 있다.When indentations are used to form a pouch around an insulating barrier, the physical parameters of the indentation can be optimized to improve encapsulation of the insulating layer. Figure 7 shows a schematic diagram of an indentation 710 formed in a laminate film 700. Parameters of the indentation that can be changed to improve encapsulation of the insulating layer include depth (D); It includes the length (L), the angle of the indentation corner (θ C ), and the radius of the edge (θ E ). Factors can be optimized to take into account the malleable layer material and its thickness.

도 8a는 단일 라미네이트 막을 사용하여 단열층의 캡슐화를 위한 일반적인 어셈블리 프로세스를 도시한다. 일반적인 어셈블리 프로세스에서, 라미네이트 막과 단열층 재료 둘 다가 조립 프로세스 내로 공급되는 롤로서 공급된다. 시작 시, 라미네이트 막과 단열층 재료 둘 다는 처리를 위해 롤로부터 풀린다. 라미네이트 막은 캡슐화에 필요한 미리 결정된 길이로 커팅되고, 처리에 필요한 임의의 만입부가 라미네이트 막에 형성된다. 단열층(이 예에서는 에어로겔 단열층)은 또한 전지 셀들 또는 모듈들 사이의 열 배리어로서 사용하기 위해 필요한 미리 결정된 길이로 커팅된다. 커팅 재료들은 커팅 머신으로부터 제거되고 어셈블리를 위해 준비된다. 이 예에서, 단일 라미네이트 시트가 라미네이트 시트를 그 자체로 폴딩함으로써 단열층을 캡슐화하기 위해 사용된다. 라미네이트 막은 라미네이트 막에 폴드 라인 또는 주름을 형성함으로써 준비된다. 그런 다음, 단열층(에어로겔)이 라미네이트 막 및 열 실링을 위해 준비된 막의 적절한 부분에 배치된다. 라미네이트 막의 양측은 단열층을 부분적으로 둘러싸도록 서로 열 용접되어, 개방 단부를 갖는 백(bag)형 인클로저를 형성한다. 일부 양태들에서, 백의 개방 단부는 단열층의 인클로저를 완료하기 위해 열 용접된다. 대안적인 양태에서, 부분적으로 캡슐화된 단열층은 진공 챔버에 배치된다. 챔버에서 진공이 인출되면, 캡슐화 층의 개방 단부가 실링되어 진공 하에서 단열층의 전체 인클로저를 완료한다. 프로세스는 캡슐화 층의 열 용접된 단부들의 선택적인 측면 폴딩에 의해 완료된다.Figure 8a shows a general assembly process for encapsulation of a thermal insulation layer using a single laminate membrane. In a typical assembly process, both the laminate membrane and the insulation layer material are supplied as rolls that are fed into the assembly process. At start-up, both the laminate membrane and the insulation layer material are unrolled from the roll for processing. The laminate membrane is cut to the predetermined length required for encapsulation, and any indentations required for processing are formed in the laminate membrane. The insulating layer (in this example an airgel insulating layer) is also cut to the predetermined length required for use as a thermal barrier between battery cells or modules. Cutting materials are removed from the cutting machine and prepared for assembly. In this example, a single laminate sheet is used to encapsulate the insulation layer by folding the laminate sheet onto itself. The laminate membrane is prepared by forming fold lines or corrugations in the laminate membrane. An insulating layer (airgel) is then placed on the laminate membrane and appropriate portions of the membrane prepared for heat sealing. Both sides of the laminate membrane are heat welded together to partially surround the insulating layer, forming a bag-like enclosure with open ends. In some aspects, the open end of the bag is heat welded to complete the enclosure of the insulating layer. In an alternative embodiment, the partially encapsulated insulating layer is placed in a vacuum chamber. When the vacuum is drawn from the chamber, the open end of the encapsulation layer is sealed, completing the entire enclosure of the insulating layer under vacuum. The process is completed by selective lateral folding of the heat welded ends of the encapsulation layer.

도 8b는 두 개의 라미네이트 막들을 사용하여 단열층의 캡슐화를 위한 일반적인 어셈블리 프로세스를 도시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 라미네이트 막과 단열층 재료 둘 다가 조립 프로세스 내로 공급되는 롤로서 공급된다. 시작 시, 라미네이트 막과 단열층 재료 둘 다는 처리를 위해 롤로부터 풀린다. 라미네이트 막은 캡슐화에 필요한 미리 결정된 길이로 두 개의 별개의 피스들로 커팅되고, 처리에 필요한 임의의 만입부가 라미네이트 막들에 형성된다. 단열층(이 예에서는 에어로겔 단열층)은 또한 전지 셀들 또는 모듈들 사이의 열 배리어로서 사용하기 위해 필요한 미리 결정된 길이로 커팅된다. 커팅 재료들은 커팅 머신으로부터 제거되고 어셈블리를 위해 준비된다. 이 예에서, 단열층을 캡슐화하기 위해 두 개의 라미네이트 시트들이 사용된다. 단열층(에어로겔)이 라미네이트 막 및 열 실링을 위해 준비된 막의 적절한 부분에 배치된다. 라미네이트 막의 양측 및 일 단부는 단열층을 부분적으로 둘러싸도록 서로 열 용접되어, 개방 단부를 갖는 백형 인클로저를 형성한다. 일부 양태들에서, 백의 개방 단부는 단열층의 인클로저를 완료하기 위해 단순히 열 용접된다. 대안적인 양태에서, 부분적으로 캡슐화된 단열층은 진공 챔버에 배치된다. 챔버에서 진공이 인출되면, 캡슐화 층의 개방 단부가 실링되어 진공 하에서 단열층의 전체 인클로저를 완료한다. 프로세스는 캡슐화 층의 열 용접된 단부들의 선택적인 측면 폴딩에 의해 완료된다.Figure 8b shows a general assembly process for encapsulation of a thermal insulation layer using two laminate films. As discussed above, both the laminate membrane and the insulation layer material are supplied as rolls that are fed into the assembly process. At start-up, both the laminate membrane and the insulation layer material are unrolled from the roll for processing. The laminate membrane is cut into two separate pieces to the predetermined length required for encapsulation, and any indentations required for processing are formed in the laminate membrane. The insulating layer (in this example an airgel insulating layer) is also cut to the predetermined length required for use as a thermal barrier between battery cells or modules. Cutting materials are removed from the cutting machine and prepared for assembly. In this example, two laminate sheets are used to encapsulate the thermal insulation layer. An insulating layer (airgel) is placed on the laminate membrane and appropriate portions of the membrane prepared for heat sealing. Both sides and one end of the laminate membrane are heat welded together to partially surround the insulating layer, forming a bag-like enclosure with open ends. In some embodiments, the open end of the bag is simply heat welded to complete the enclosure of the insulating layer. In an alternative embodiment, the partially encapsulated insulating layer is placed in a vacuum chamber. When the vacuum is drawn from the chamber, the open end of the encapsulation layer is sealed, completing the entire enclosure of the insulating layer under vacuum. The process is completed by selective lateral folding of the heat welded ends of the encapsulation layer.

본 명세서에서 설명되는 단열 배리어들의 유효성을 결정하기 위해 테스트 프로토콜이 개발되었다. 테스트 프로토콜은 단열 배리어가 고온에 저항하는 능력 및 가열된 입자들의 영향을 테스트한다. 이는 전지 셀의 열 폭주 동안 발생할 수 있는 파열 조건들을 모방한다. 두 테스트 모두에서, 단열 배리어는 금속 지지 플레이트(예를 들어, 스테인리스 강 플레이트)에 결합된다. 사용 동안 금속 지지 플레이트의 온도를 모니터링하기 위해 열 센서가 지지 플레이트에 부착된다.A test protocol was developed to determine the effectiveness of the thermal insulating barriers described herein. The test protocol tests the ability of the insulating barrier to resist high temperatures and the effects of heated particles. This mimics the rupture conditions that can occur during thermal runaway of a battery cell. In both tests, the thermal barrier is bonded to a metal support plate (eg, a stainless steel plate). A thermal sensor is attached to the support plate to monitor the temperature of the metal support plate during use.

단열 배리어의 열 저항을 테스트하기 위해, 단열 배리어가 지지 플레이트에 결합되고 화염 테스트를 받는다. 프로판 토치(벤조매틱)가 단열 배리어 상에 약 1000℃의 온도를 발달시키기 위해 사용된다. 지지 플레이트의 열은 단열층의 열 저항을 결정하기 위해 테스트 동안 모니터링될 수 있다. 화염 테스트가 완료된 후에, 단열층을 손상에 대해 관찰한다. 예시적인 화염 테스트 프로토콜에서, 단열 배리어가 지지부에 결합되고, 프로판 토치가 단열층을 1000℃에서 2분 동안 가열하기 위해 사용된다. 그런 다음, 단열층을 손상에 대해 관찰한다.To test the thermal resistance of an insulating barrier, the insulating barrier is bonded to a support plate and subjected to a flame test. A propane torch (benzomatic) is used to develop a temperature of approximately 1000° C. on the insulating barrier. The heat of the support plate can be monitored during testing to determine the thermal resistance of the insulation layer. After the flame test is completed, the insulation layer is observed for damage. In an exemplary flame test protocol, an insulating barrier is coupled to a support and a propane torch is used to heat the insulating layer at 1000° C. for 2 minutes. The insulation layer is then observed for damage.

테스트 프로토콜은 또한 가열된 입자 테스트를 포함한다. 가열된 입자 테스트에서, 동일한 화염 테스트 시스템이 사용되지만 가열된 입자를 포함하도록 수정된다. 예시적인 실험에서, 지지부에 장착된 단열 배리어가 약 1000℃로 가열된다. 동작 온도(약 1000℃)에 불활성인 입자들의 스트림이 단열 배리어에 부딪히기 전에 토치에 의해 입자들이 가열되는 방식으로 단열 배리어로 지향되었다. 가열된 입자들은 10초 동안 단열 배리어를 향해 지향되었다. 가열된 입자들이 정지된 후에, 단열 배리어는 입자 없이 2분 동안 1000℃에서 2분 동안 가열되었다.The testing protocol also includes heated particle testing. In heated particle testing, the same flame test system is used but modified to include heated particles. In an exemplary experiment, an insulating barrier mounted on a support is heated to approximately 1000°C. A stream of particles inert at operating temperature (about 1000° C.) was directed to the insulating barrier in such a way that the particles were heated by a torch before hitting the insulating barrier. The heated particles were directed towards the insulating barrier for 10 seconds. After the heated particles had stopped, the insulating barrier was heated at 1000°C for 2 min without particles.

두 테스트 모두에서, 단열 배리어는 자신의 무결성 및 단열 속성을 유지하였다. 중합체 층들은 테스트 조건들 하에서 연소되었지만, 가단성 층(스테인리스 강)과 단열층(에어로겔)은 변색되었을 뿐이다. 캡슐화 부재는 단열층으로부터 흘려진 먼지 또는 미립자 재료의 생성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 추가적으로, 캡슐화 층은 단열 배리어 상에 마킹 또는 인쇄된 기록이 만들어질 수 있게 하는 재료로 형성될 수 있다. 단열층의 마킹이 항상 가능한 것은 아니다.In both tests, the insulating barrier maintained its integrity and insulating properties. The polymer layers burned under the test conditions, but the malleable layer (stainless steel) and the insulating layer (airgel) only discolored. The encapsulating member can reduce or eliminate the production of dust or particulate material shed from the insulating layer. Additionally, the encapsulation layer may be formed of a material that allows markings or printed records to be made on the insulating barrier. Marking of the insulation layer is not always possible.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용될 때,단수 형태들은 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다. 본 명세서서 및 첨부된 청구범위에서 사용될 때, 용어 "또는"은 맥락이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 채용된다.As used in this specification and the appended claims, the singular forms include plural referents unless the content clearly dictates otherwise. As used in this specification and the appended claims, the term “or” is generally employed to include “and/or” unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서 사용될 때, "약"은 대략 또는 거의 의미하고, 수치 값 또는 범위가 제시되는 상황에서 수치의 ±5%를 의미한다. 실시예에서, 용어 "약"은 수치 값의 유효 숫자들에 따른 전통적인 반올림을 포함할 수 있다. 또한, 어구 "약 'x' 내지 'y'"는 "약 'x" 내지 약 'y'"를 포함한다.As used herein, “about” means approximately or approximately, and in situations where a numerical value or range is presented, it means ±5% of the numerical value. In embodiments, the term “about” may include traditional rounding to significant figures of a numerical value. Additionally, the phrase “about ‘x’ to ‘y’” includes “about ‘x” to about ‘y’”.

본 개시의 맥락 내에서, 용어 "에어로겔", "에어로겔 재료" 또는 "에어로겔 매트릭스"는 상호연결된 구조체들의 프레임워크를 포함하며, 프레임워크 내에 혼입되는 상호연결된 공극들의 상응하는 네트워크를 갖고, 분산 간극 매체로서 공기와 같은 기체를 함유하는 겔을 지칭하고; 이는 에어로겔에 기인하는 (질소 다공도 측정 테스트에 따른) 다음의 물리적 및 구조적 속성들을 특징으로 한다: (a) 약 2 nm 내지 약 100 nm 범위의 평균 공극 직경, (b) 적어도 80% 이상의 다공도, 및 (c) 질소 수착 분석에 의한 약 100 m2/g 이상의 표면적.Within the context of this disclosure, the terms “airgel”, “airgel material” or “airgel matrix” include a framework of interconnected structures, with a corresponding network of interconnected pores incorporated within the framework, and a dispersed interstitial medium. refers to a gel containing a gas such as air; It is characterized by the following physical and structural properties (according to nitrogen porosimetry tests) attributed to the airgel: (a) an average pore diameter ranging from about 2 nm to about 100 nm, (b) a porosity of at least 80% or more, and (c) Surface area greater than about 100 m 2 /g by nitrogen sorption analysis.

이에 따라, 본 개시의 에어로겔 재료는 제로겔, 크리겔, 앰비겔, 마이크로다공성 재료 등으로 달리 분류될 수 있는 재료를 포함하여, 이전 단락들에서 제시된 정의 요소들을 만족시키는 임의의 에어로겔 또는 다른 개방 셀 재료를 포함한다.Accordingly, the airgel material of the present disclosure is any airgel or other open cell that satisfies the defining elements set forth in the previous paragraphs, including materials that may be otherwise classified as xerogel, kriegel, ambigel, microporous material, etc. Includes ingredients.

본 개시의 맥락 내에서, "열 폭주"에 대한 언급은 일반적으로 다양한 작동 요인으로 인한 셀 온도 및 압력의 갑작스런 급격한 증가를 지칭하고, 이는 결과적으로 관련 모듈 전반에 걸쳐 과도한 온도의 전파를 초래할 수 있다. 이러한 시스템에서의 열 폭주의 잠재적인 원인은 예를 들어, 셀 결함 및/또는 단락 회로(내부 및 외부 둘 모두), 과충전, 사고의 경우와 같은 셀 천공 또는 파열, 및 과도한 주위 온도(예를 들어, 전형적으로 55℃보다 높은 온도)를 포함할 수 있다. 정상적인 사용에 있어서, 내부 저항의 결과로서 셀이 가열된다. 정상적인 전력/전류 부하 및 주위 작동 조건 하에서, 대부분의 Li 이온 셀 내의 온도는 20℃ 내지 55℃의 범위 내에서 유지되도록 비교적 용이하게 제어될 수 있다. 그러나, 개별 셀의 결함뿐만 아니라 높은 셀/주위 온도에서의 높은 전력 인출과 같은 스트레스가 많은 조건은 국부적 발열을 가파르게 증가시킬 수 있다. 특히, 임계 온도 이상에서는, 셀 내에서의 발열 화학 반응이 활성화된다. 더욱이, 화학적 발열은 전형적으로 온도에 따라 지수적으로 증가한다. 그 결과, 발열이 이용 가능한 열 소산보다 훨씬 더 커지게 된다. 열 폭주는 200℃를 초과하는 내부 온도와 셀 벤팅으로 이어질 수 있다.Within the context of this disclosure, reference to “thermal runaway” generally refers to a sudden rapid increase in cell temperature and pressure due to various operating factors, which may in turn result in the propagation of excessive temperatures throughout the associated module. . Potential causes of thermal runaway in these systems include, for example, cell defects and/or short circuits (both internal and external), overcharging, cell puncture or rupture, such as in case of an accident, and excessive ambient temperatures, e.g. , typically greater than 55°C). In normal use, the cell heats up as a result of internal resistance. Under normal power/current loading and ambient operating conditions, the temperature within most Li-ion cells can be relatively easily controlled to be maintained within the range of 20°C to 55°C. However, faulty individual cells as well as stressful conditions such as high power draw at high cell/ambient temperatures can cause localized heating to increase steeply. In particular, above the critical temperature, exothermic chemical reactions within the cell are activated. Moreover, chemical exotherm typically increases exponentially with temperature. As a result, heat generation becomes much greater than the available heat dissipation. Thermal runaway can lead to internal temperatures exceeding 200°C and cell venting.

본 개시의 맥락 내에서, "유연한" 및 "유연성"이라는 용어들은 거시구조적 파손 없이 구부러지거나 휘어지는 재료 또는 조성물의 능력을 의미한다. 본 개시의 단열층은 거시적 파단 없이, 적어도 5°, 적어도 25°, 적어도 45°, 적어도 65°, 또는 적어도 85°를 굽힐 수 있고/거나, 거시적 파단 없이, 4 피트 미만, 2 피트 미만, 1 피트 미만, 6 인치 미만, 3 인치 미만, 2 인치 미만, 1 인치 미만, 또는 U 인치 미만의 굽힘 반경을 갖는다. 마찬가지로, "고도로 유연한" 또는 "고유연성"이라는 용어들은 거시적 파손 없이 적어도 90°로 구부릴 수 있고/거나 U 인치 미만의 굽힘 반경을 갖는 재료를 지칭한다. 뿐만 아니라, "유연한 것으로 분류됨" 및 "유연성으로 분류됨"이라는 용어들은 ASTM C1 101(ASTM International, West Conshohocken, PA)에 따라 유연한 것으로서 분류될 수 있는 재료 또는 조성물을 지칭한다.Within the context of this disclosure, the terms “flexible” and “flexibility” mean the ability of a material or composition to bend or flex without macrostructural failure. The insulating layer of the present disclosure can bend at least 5°, at least 25°, at least 45°, at least 65°, or at least 85° without macroscopic fracture and/or bends less than 4 feet, less than 2 feet, less than 1 foot without macroscopic fracture. It has a bend radius of less than, less than 6 inches, less than 3 inches, less than 2 inches, less than 1 inch, or less than U inch. Likewise, the terms “highly flexible” or “highly flexible” refer to a material that can be bent at least 90° without macroscopic failure and/or has a bend radius of less than U inches. Additionally, the terms “classified as flexible” and “classified as flexible” refer to a material or composition that can be classified as flexible according to ASTM C1 101 (ASTM International, West Conshohocken, PA).

본 개시의 단열층은 유연한, 고도로 유연한, 및/또는 유연한 것으로 분류될 수 있다. 본 개시의 에어로겔 조성물은 또한 드레이프 가능할 수 있다. 본 개시의 맥락 내에서, "드레이프 가능한" 및 "드레이프성"이라는 용어들은 거시적 파손 없이 곡률 반경이 약 4 인치 이하로 90° 이상으로 굽혀지거나 휘어지는 재료의 능력을 지칭한다. 본 개시의 소정 실시예들에 따른 단열층은 가요성이어서 조성물이 비강성이 되고 3차원 표면 또는 객체에 적용 및 순응될 수 있거나, 설치 또는 적용을 단순화하기 위해 다양한 형상 및 구성으로 미리 형성될 수 있다.The insulating layer of the present disclosure can be classified as flexible, highly flexible, and/or flexible. Airgel compositions of the present disclosure may also be drapable. Within the context of this disclosure, the terms “drapable” and “drapeability” refer to the ability of a material to bend or bend more than 90° with a radius of curvature of about 4 inches or less without macroscopic failure. The insulating layer according to certain embodiments of the present disclosure may be flexible so that the composition is non-rigid and can be applied and conformed to a three-dimensional surface or object, or may be preformed into various shapes and configurations to simplify installation or application. .

본 개시의 맥락 내에서, 용어 "열전도도" 및 "TC"는 재료 또는 조성물의 양측 상의 두 개의 표면들 간에 온도차를 두고, 재료 또는 조성물이 두 개의 표면들 사이에서 열을 전달하는 능력의 측정치를 지칭한다. 구체적으로, 열전도도는 단위 시간당 및 단위 표면적당 전달되는 열 에너지를 온도차로 나눈 값으로서 측정된다. 전형적으로 SI 단위로 mW/m*K(미터당 밀리와트 * 켈빈)로 기록된다. 재료의 열전도도는 Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus(ASTM C518, ASTM International, West Conshohocken, PA); Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus(ASTM C177, ASTM International, West Conshohocken, PA); Test Method for Steady-State Heat Transfer Properties of Pipe Insulation(ASTM C335, ASTM International, West Conshohocken, PA); Thin Heater Thermal Conductivity Test(ASTM C1114, ASTM International, West Conshohocken, PA); Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials(ASTM D5470, ASTM International, West Conshohocken, PA); Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods(EN 12667, British Standards Institution, United Kingdom); or Determination of steady-state thermal resistance and related properties ― Guarded hot plate apparatus(ISO 8203, International Organization for Standardization, Switzerland)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 당업계에 알려져 있는 테스트 방법으로 결정될 수 있다. 상이한 결과들을 가져올 수 있는 상이한 방법들로 인해, 본 개시의 맥락 내에서, 달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 열전도도 측정은 ASTM C518 표준(Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus)에 따라 주위 환경에서 대기압에서 약 37.5℃의 온도 및 약 2 psi의 압축 하중 하에서 이루어진 것으로 이해되어야 한다. ASTM C518에 따라 기록된 측정은 전형적으로 압축 하중에 대한 임의의 관련 조정으로 EN 12667에 따라 이루어진 임의의 측정과 잘 상관된다.Within the context of this disclosure, the terms “thermal conductivity” and “TC” refer to the temperature difference between two surfaces on either side of a material or composition and a measure of the ability of a material or composition to transfer heat between the two surfaces. refers to Specifically, thermal conductivity is measured as the heat energy transferred per unit time and per unit surface area divided by the temperature difference. Typically written in SI units as mW/m*K (milliwatts per meter * Kelvin). The thermal conductivity of the material was measured using the Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus (ASTM C518, ASTM International, West Conshohocken, PA); Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus (ASTM C177, ASTM International, West Conshohocken, PA); Test Method for Steady-State Heat Transfer Properties of Pipe Insulation (ASTM C335, ASTM International, West Conshohocken, PA); Thin Heater Thermal Conductivity Test (ASTM C1114, ASTM International, West Conshohocken, PA); Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials (ASTM D5470, ASTM International, West Conshohocken, PA); Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods (EN 12667, British Standards Institution, United Kingdom); or Determination of steady-state thermal resistance and related properties - can be determined by test methods known in the art, including but not limited to Guarded hot plate apparatus (ISO 8203, International Organization for Standardization, Switzerland). Due to different methods that can lead to different results, within the context of this disclosure, unless explicitly stated otherwise, thermal conductivity measurements are referred to in the ASTM C518 standard (Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat). According to the Flow Meter Apparatus), it should be understood that the test was conducted under a compressive load of approximately 2 psi and a temperature of approximately 37.5°C at atmospheric pressure in an ambient environment. Measurements recorded according to ASTM C518 typically correlate well with any measurements made according to EN 12667 with any relevant adjustment for compressive load.

열전도도 측정은 또한 압축 하에서 대기압에서 약 10℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 10℃에서의 열전도도 측정치들은 37.5℃에서의 대응하는 열전도도 측정치보다 일반적으로 0.5~0.7mW/mK 더 낮다. 소정 실시예들에서, 본 개시의 단열층은 10℃에서 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 열전도도를 갖는다.Thermal conductivity measurements can also be made under compression and at a temperature of about 10°C at atmospheric pressure. Thermal conductivity measurements at 10°C are typically 0.5 to 0.7 mW/mK lower than the corresponding thermal conductivity measurements at 37.5°C. In certain embodiments, the insulating layer of the present disclosure has a temperature of about 40 mW/mK or less, about 30 mW/mK or less, about 25 mW/mK or less, about 20 mW/mK or less, about 18 mW/mK or less, about Has a thermal conductivity within a range of 16 mW/mK or less, about 14 mW/mK or less, about 12 mW/mK or less, about 10 mW/mK or less, about 5 mW/mK or less, or between any two of these values. .

전지 모듈 또는 팩 내의 단열 배리어의 사용Use of thermal insulation barriers within cell modules or packs

리튬 이온 전지(LIB)는 전통적인 전지에 비해 높은 작동 전압, 낮은 메모리 효과 및 높은 에너지 밀도로 인해 가장 중요한 에너지 저장 기술 중 하나로 고려된다. 그러나, 안전 우려는 LIB의 대규모 적용을 방해하는 상당한 장애이다. 남용 조건들 하에서, 발열 반응은 후속의 안전하지 못한 반응을 일으킬 수 있는 열 방출을 초래할 수 있다. 이러한 상황이 악화되면 남용 셀로부터의 방출된 열이 반응 사슬을 활성화시켜, 치명적인 열 폭주를 초래할 수 있다.Lithium-ion batteries (LIBs) are considered one of the most important energy storage technologies due to their high operating voltage, low memory effect, and high energy density compared to traditional batteries. However, safety concerns are a significant obstacle preventing large-scale application of LIB. Under abusive conditions, exothermic reactions can result in heat release that can cause subsequent unsafe reactions. If this situation worsens, the heat released from the abused cell can activate the reaction chain, resulting in catastrophic thermal runaway.

LIB의 에너지 밀도의 지속적인 개선으로, 전기 디바이스, 예를 들어, 전기 차량의 개발에 대한 안전성 향상이 점점 긴급해지고 있다. 안전 문제 기저의 메커니즘은 전지 화학에 따라 다양하다. 본 기술은 유리한 열적 및 기계적 속성들을 획득하기 위해 단열 배리어 및 이러한 맞춤화된 배리어들의 대응하는 구성들을 맞춤화하는 것에 중점을 둔다. 본 기술의 단열 배리어는 정상적인 작동 모드(예를 들어, 가해진 압축 응력을 견딤) 하에서 LIB의 안정성을 보장하면서, 정상적인 조건뿐만 아니라 열 폭주 조건 하에서도 효과적인 열 방출 전략을 제공한다.With continuous improvements in the energy density of LIBs, improving safety for the development of electrical devices, such as electric vehicles, is becoming increasingly urgent. The mechanisms underlying safety issues vary depending on the cell chemistry. The present technology focuses on tailoring thermal insulating barriers and corresponding configurations of these tailored barriers to obtain advantageous thermal and mechanical properties. The insulating barrier of the present technology ensures the stability of the LIB under normal operating modes (e.g., withstanding applied compressive stress), while providing an effective heat dissipation strategy under normal as well as thermal runaway conditions.

본 명세서에서 개시되는 단열 배리어들은 임의의 이러한 셀을 통합 또는 포함하는 팩 및 모듈뿐만 아니라, 임의의 구성의 전지 셀 또는 전지의 전지 구성요소, 예를 들어, 파우치 셀, 원통형 셀, 각기둥형 셀을 분리, 단열 및 보호하는 데 유용하다. 본 명세서에서 개시되는 전지는 이차 전지, 예를 들어, 리튬 이온 전지, 고체 상태 전지, 및 분리, 단열 및 보호가 필요한 다른 에너지 저장 디바이스 또는 기술 유용하다.Thermal insulating barriers disclosed herein can be used to package battery cells or battery components of any configuration, such as pouch cells, cylindrical cells, prismatic cells, as well as packs and modules incorporating or containing any such cells. Useful for separating, insulating and protecting. The batteries disclosed herein are useful in secondary batteries, such as lithium ion batteries, solid state batteries, and other energy storage devices or technologies that require separation, insulation, and protection.

냉각 시스템들과 같은 수동 디바이스들은 전지 모듈 또는 전지 팩 내의 본 개시의 단열 배리어들과 함께 사용될 수 있다.Passive devices, such as cooling systems, can be used with the thermal insulating barriers of the present disclosure within a battery module or battery pack.

전지 팩에서의 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 단열 배리어는 복수의 단일 전지 셀들 또는 전지 셀들의 모듈들을 서로 열적으로 분리하기 위해 복수의 단일 전지 셀들 또는 전지 셀들의 모듈들을 포함한다. 전지 모듈은 단일 인클로저에 배치된 다수의 전지 셀들로 구성된다. 전지 팩은 다수의 전지 모듈들로 구성된다. 도 9는 복수의 전지 셀들(950)을 갖는 전지 모듈(900)의 실시예를 도시한다. 전지 셀들(950) 사이에 캡슐화된 단열 배리어들(925)이 위치된다. 캡슐화된 단열 배리어는 전지 셀이 열 폭주 또는 임의의 다른 치명적인 전지 셀 장애를 겪을 때 인접한 전지 셀들의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다.The thermal insulation barrier according to various embodiments of the present disclosure in a battery pack includes a plurality of single battery cells or modules of battery cells to thermally isolate the plurality of single battery cells or modules of battery cells from each other. A battery module consists of multiple battery cells arranged in a single enclosure. A battery pack consists of multiple battery modules. 9 shows an embodiment of a battery module 900 having a plurality of battery cells 950. Encapsulated thermal insulating barriers 925 are positioned between the battery cells 950. The encapsulated thermal barrier can inhibit or prevent damage to adjacent battery cells when a battery cell experiences thermal runaway or any other catastrophic battery cell failure.

전지 모듈들 및 전지 팩들은 디바이스 또는 차량들에 전기 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 전지 모듈들 또는 전지 팩들을 사용하는 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 차량에 사용될 때, 전지 팩은 모든 전기 차량, 또는 하이브리드 차량에 사용될 수 있다.Battery modules and battery packs can be used to supply electrical energy to devices or vehicles. Devices that use battery modules or battery packs include laptop computers, PDAs, mobile phones, tag scanners, audio devices, video devices, display panels, video cameras, digital cameras, desktop computers, military portable computers, military phones, laser range finders, and digital communication devices. , intelligent collection sensors, electronic integrated clothing, night vision equipment, power tools, calculators, radios, remote control devices, GPS devices, handheld and portable televisions, car starters, flashlights, acoustic devices, portable heating devices, portable vacuum cleaners or portable Including, but not limited to, medical instruments. When used in a vehicle, the battery pack can be used in any electric vehicle or hybrid vehicle.

본 개시의 양태들은 다음의 번호가 매겨진 조항들로 제시된다:Aspects of the disclosure are presented in the following numbered provisions:

조항 1. 전기 에너지 저장 시스템에 사용하기 위한 단열 배리어로서,Article 1. A thermal insulating barrier for use in electrical energy storage systems, comprising:

적어도 하나의 단열층; 및at least one insulating layer; and

단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층 ― 캡슐화 층은 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하며, 내측 중합체 층은 단열층과 접촉하고, 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ― 을 포함하는, 반도체 디바이스.an encapsulating layer at least partially surrounding the insulating layer, the encapsulating layer comprising an outer polymeric layer, a malleable layer comprising a malleable material, and an inner polymeric layer, the inner polymeric layer being in contact with the insulating layer, and the malleable layer being adjacent to the outer polymeric layer and the inner polymeric layer. Disposed between polymer layers - A semiconductor device comprising:

조항 2. 제1 조항에 있어서, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.Clause 2. The thermal insulating barrier of clause 1, wherein the outer polymer layer comprises a polymer that resists a dielectric heat transfer fluid in the electrical energy storage system.

조항 3. 제2 조항에 있어서, 외측 중합체 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.Clause 3. The method of clause 2, wherein the outer polymer layer comprises a polymer that resists heat transfer fluids selected from the group consisting of hydrocarbon fluids, ester fluids, silicone fluids, fluoroether fluids, and mixtures thereof. Insulating barrier.

조항 4. 제1 조항 내지 제3 조항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 중합체 층은 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로 제조된 것인, 단열 배리어.Clause 4. The method of any one of clauses 1 to 3, wherein the outer polymer layer is made of polyoxymethylene, acrylonitrile butadiene styrene, polyamide-imide, polyamide, polycarbonate, polyester, polyetherimide, A thermal insulating barrier made from a polymer selected from the group consisting of polystyrene, polysulfone, polyimide, and terephthalate.

조항 5. 제1 조항 내지 제4 조항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 중합체 층은 그 자체에 열 용접될 수 있는 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.Clause 5. The thermal insulating barrier according to any one of clauses 1 to 4, wherein the inner polymer layer consists of a polymer that can be heat welded to itself.

조항 6. 제1 조항 내지 제5 조항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 중합체 층은 폴리올레핀 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.Clause 6. The thermal insulating barrier according to any one of clauses 1 to 5, wherein the inner polymer layer consists of a polyolefin polymer.

조항 7. 제1 조항 내지 제6 조항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 중합체 층은 외측 중합체 층 내의 중합체와 상이한 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.Clause 7. The thermal insulating barrier of any one of clauses 1 to 6, wherein the inner polymer layer is comprised of a different polymer than the polymer in the outer polymer layer.

조항 8. 제1 조항 내지 제7 조항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 중합체 층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 또는 배향된 나일론("ONy")으로 구성되고, 내측 중합체 층은 폴리프로필렌("PP")으로 구성된 것인, 단열 배리어.Clause 8. The method of any one of clauses 1 through 7, wherein the outer polymer layer is comprised of polyethylene terephthalate (“PET”) or oriented nylon (“ONy”) and the inner polymer layer is comprised of polypropylene (“ONy”). A thermal insulating barrier consisting of PP").

조항 9. 제1 조항 내지 제8 조항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 중합체 층은 제1 재료로 구성된 제1 중합체 막 및 제2 재료로 구성된 제2 중합체 막으로 구성되되, 제1 재료는 제2 재료와 상이한 것인, 단열 배리어.Clause 9. The method of any one of clauses 1 to 8, wherein the outer polymer layer is comprised of a first polymer membrane comprised of a first material and a second polymer membrane comprised of a second material, wherein the first material is comprised of a second polymer membrane. Thermal insulating barriers, which are different materials.

조항 10. 제1 조항 내지 제9 조항 중 어느 한 항에 있어서, 가단성 층은 금속 포일을 포함하는 것인, 단열 배리어.Clause 10. The thermal insulating barrier of any one of clauses 1 to 9, wherein the malleable layer comprises a metal foil.

조항 11. 제1 조항 내지 제10 조항 중 어느 한 항에 있어서, 가단성 층은 가단성 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.Clause 11. The thermal insulating barrier of any one of clauses 1-10, wherein the malleable layer comprises a malleable polymer.

조항 12. 제1 조항 내지 제11 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 외측 중합체 층과 가단성 층 및/또는 내측 중합체 층과 가단성 층 사이에 배치된 접착제를 더 포함하는 것인, 단열 배리어.Clause 12. The thermal insulating barrier according to any one of clauses 1 to 11, wherein the encapsulating layer further comprises an adhesive disposed between the outer polymer layer and the malleable layer and/or the inner polymer layer and the malleable layer.

조항 13. 제1 조항 내지 제12 조항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.Clause 13. The thermal insulating barrier of any one of clauses 1-12, wherein the outer polymer layer has a thickness of from about 10 μm to about 100 μm.

조항 14. 제1 조항 내지 제13 조항 중 어느 한 항에 있어서, 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.Clause 14. The thermal insulating barrier of any one of clauses 1-13, wherein the malleable layer has a thickness of about 10 μm to about 100 μm.

조항 15. 제1 조항 내지 제14 조항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.Clause 15. The thermal insulating barrier of any one of clauses 1 to 14, wherein the inner polymer layer has a thickness of from about 10 μm to about 100 μm.

조항 16. 제1 조항 내지 제15 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 사이의 전체 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.Clause 16. The thermal insulating barrier of any one of clauses 1 to 15, wherein the encapsulation layer has an overall thickness of between about 30 μm and about 300 μm.

조항 17. 제1 조항 내지 제16 조항 중 어느 한 항에 있어서, 단열층은 25℃에서 약 50 mW/m-K 미만 및 600℃에서 약 60 mW/m-K 미만의 단열층의 두께 치수를 통한 열전도도를 갖는 것인, 단열 배리어.Clause 17. The method of any one of clauses 1 to 16, wherein the insulating layer has a thermal conductivity through the thickness dimension of the insulating layer of less than about 50 mW/m-K at 25°C and less than about 60 mW/m-K at 600°C. Phosphorus, thermal insulating barrier.

조항 18. 제1 조항 내지 제17 조항 중 어느 한 항에 있어서, 단열층은 에어로겔을 포함하는 것인, 단열 배리어.Clause 18. The thermal insulating barrier of any one of clauses 1 to 17, wherein the thermal insulating layer comprises airgel.

조항 19. 제1 조항 내지 제18 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싸는 것인, 단열 배리어.Clause 19. The thermal insulating barrier according to any one of clauses 1 to 18, wherein the encapsulating layer completely surrounds the thermal insulating layer.

조항 20. 제1 조항 내지 제19 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 함께 용접된 두 개의 라미네이트 막들로 구성된 것인, 단열 배리어.Clause 20. The thermal insulating barrier according to any one of clauses 1 to 19, wherein the encapsulation layer consists of two laminate membranes welded together.

조항 21. 제1 조항 내지 제20 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 단열층을 둘러싸고, 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 인클로저를 형성하기 위해 그 자체에 열 용접된 것인, 단열 배리어.Clause 21. The thermal insulating barrier according to any one of clauses 1 to 20, wherein the encapsulating layer surrounds the thermal insulating layer, and the encapsulating layer is heat welded to itself to form an enclosure that at least partially surrounds the thermal insulating layer. .

조항 22. 전지 모듈로서,Clause 22. A battery module, comprising:

복수의 전지 셀들, 및a plurality of battery cells, and

제1 조항 내지 제21 조항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 단열 배리어를 포함하되, 적어도 하나의 단열 배리어가 인접한 전지 셀들 사이에 배치되는 것인, 전지 모듈.A battery module comprising one or more thermal insulation barriers according to any one of clauses 1 to 21, wherein at least one thermal insulation barrier is disposed between adjacent battery cells.

조항 23. 제22 조항에 기재된 바와 같은 하나 이상의 전지 모듈을 포함하는 전력 시스템.Article 23. A power system comprising one or more battery modules as described in Article 22.

조항 24. 제23 조항에 따른 전력 시스템을 포함하는 디바이스 또는 차량.Article 24. Device or vehicle comprising a power system according to Article 23.

조항 25. 제24 조항에 있어서, 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구인 것인, 디바이스.Clause 25. The provisions of Clause 24, wherein devices include laptop computers, PDAs, mobile phones, tag scanners, audio devices, video devices, display panels, video cameras, digital cameras, desktop computers, military portable computers, military telephones, laser rangefinders, and digital communication devices. , intelligent collection sensors, electronic integrated clothing, suggestive equipment, power tools, calculators, radios, remote control devices, GPS devices, handheld and portable televisions, car starters, flashlights, acoustic devices, portable heating devices, portable vacuum cleaners or portable A device that is a medical tool.

조항 26. 제24 조항에 있어서, 차량은 전기 차량인 것인, 차량.Clause 26. The vehicle of Clause 24, wherein the vehicle is an electric vehicle.

조항 27. 전기 에너지 저장 시스템에서의 배터리 셀들 간에 사용하기 위한 단열층을 캡슐화하는 방법으로서,Clause 27. A method of encapsulating an insulating layer for use between battery cells in an electrical energy storage system, comprising:

단열층의 적어도 일부분을, 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막으로 둘러싸는 단계 ― 내측 중합체 층은 단열층과 접촉하고, 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ―; 및Surrounding at least a portion of the insulating layer with a laminate membrane comprising an outer polymeric layer, a malleable layer comprising a malleable material, and an inner polymeric layer, wherein the inner polymeric layer is in contact with the thermal insulating layer, and the malleable layer is in contact with the outer polymeric layer and the inner polymeric layer. placed between floors -; and

라미네이트 막을 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계 ― 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러쌈 ― 를 포함하는, 방법.Heat welding the laminate membrane to form an encapsulation layer, the encapsulation layer at least partially surrounding the thermal insulation layer.

조항 28. 제27 조항에 있어서, 캡슐화 층을 형성하는 단계는:Clause 28. The method of clause 27, wherein forming the encapsulation layer comprises:

단열층의 적어도 일부분을 제1 라미네이트 막으로 덮는 단계;covering at least a portion of the thermal insulation layer with a first laminate film;

단열층의 적어도 일부분을 제2 라미네이트 막으로 덮는 단계; 및covering at least a portion of the insulation layer with a second laminate film; and

제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.The method comprising heat welding a portion of the first laminate membrane to a second laminate membrane to form an encapsulation layer.

조항 29. 제28 조항에 있어서,Article 29. In Article 28:

제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;A first indentation is formed in the first laminate film, the first indentation being complementary in shape and size to the insulating layer;

제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고a second indentation is formed in the second laminate film, the second indentation being complementary in shape and size to the insulating layer; and

캡슐화 층을 형성하는 단계는:The steps for forming the encapsulation layer are:

제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;disposing an insulating layer in the first indentation of the first laminate membrane;

제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및disposing the second laminate film on the first laminate film such that the second indentation is substantially aligned with the first indentation; and

제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.The method comprising heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.

조항 30. 제28 조항에 있어서,Article 30. In Article 28:

제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;A first indentation is formed in the first laminate film, the first indentation being complementary in shape and size to the insulating layer;

제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고a second indentation is formed in the second laminate film, the second indentation being complementary in shape and size to the first indentation; and

캡슐화 층을 형성하는 단계는:The steps for forming the encapsulation layer are:

제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;disposing an insulating layer in the first indentation of the first laminate membrane;

제2 만입부의 일부분이 제1 만입부 내부에 배치되도록 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및disposing the second laminate film on the first laminate film with the second indentation substantially aligned with the first indentation such that a portion of the second indentation is disposed within the first indentation; and

제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.The method comprising heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.

조항 31. 제28 조항에 있어서,Article 31. In Article 28:

제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;A first indentation is formed in the first laminate film, the first indentation being complementary in shape and size to the insulating layer;

캡슐화 층을 형성하는 단계는:The steps for forming the encapsulation layer are:

제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;disposing an insulating layer in the first indentation of the first laminate membrane;

제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및disposing a second laminate film over the first laminate film; and

제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.The method comprising heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.

조항 32. 제27 조항에 있어서,Article 32. In Article 27:

라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;A first indentation is formed in the laminate film, the first indentation being complementary in shape and size to the insulating layer;

라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고A second indentation is formed in the laminate film, the second indentation being complementary in shape and size to the insulating layer; and

캡슐화 층을 형성하는 단계는:The steps for forming the encapsulation layer are:

라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;disposing an insulating layer in the first indentation of the laminate membrane;

라미네이트 막의 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되도록 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및folding the laminate film so that the second indentation of the laminate film is substantially aligned with the first indentation; and

라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.A method comprising heat welding a portion of the laminate membrane to itself.

조항 33. 제27 조항에 있어서,Article 33. In Article 27:

라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고A first indentation is formed in the laminate film, the first indentation being complementary in shape and size to the insulating layer; and

캡슐화 층을 형성하는 단계는:The steps for forming the encapsulation layer are:

라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;disposing an insulating layer in the first indentation of the laminate membrane;

라미네이트 막의 일부분이 단열층 및 라미네이트 막의 별개의 부분을 실질적으로 덮도록 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및folding the laminate membrane so that a portion of the laminate membrane substantially covers the insulation layer and a separate portion of the laminate membrane; and

라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.A method comprising heat welding a portion of the laminate membrane to itself.

조항 34. 제27 조항 내지 제33 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싸는 것인, 방법.Clause 34. The method of any one of clauses 27-33, wherein the encapsulating layer completely surrounds the insulating layer.

조항 35. 제27 조항 내지 제34 조항 중 어느 한 항에 있어서, 라미네이트 막의 열 용접된 부분들은 단열층의 하나 이상의 측에 대해 폴딩되는 것인, 방법.Clause 35. The method of any one of clauses 27 to 34, wherein the heat welded portions of the laminate membrane are folded against one or more sides of the thermal insulation layer.

본 특허에는, 소정 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료(예를 들어, 논문)가 참조로 통합되었다. 그러나, 이러한 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료의 본문은 이러한 본문과 본 명세서에서 제시된 다른 진술 및 도면 사이에 충돌이 존재하지 않는 범위를 참조로만 통합된다. 이러한 충돌의 발생 시, 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료에 의해 통합된 충돌하는 어떠한 이러한 본문도 본 특허에 참조로 통합되지 않는다.Certain U.S. patents, U.S. patent applications, and other materials (e.g., papers) are incorporated by reference into this patent. However, the text of these U.S. patents, U.S. patent applications, and other materials is incorporated by reference only to the extent that no conflict exists between such text and other statements and drawings set forth herein. In the event of such a conflict, any such conflicting text incorporated by U.S. patents, U.S. patent applications, and other materials is not incorporated by reference into this patent.

본 발명의 다양한 양태들의 추가적인 수정들 및 대안적인 실시예들은 본 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 설명은 단지 예시적인 것으로서 해석되어야 하며, 본 발명을 수행하는 일반적인 방식을 당업자에게 가르치는 목적을 위한 것이다. 본 명세서에서 도시되고 설명되는 본 발명의 형태들은 실시예들의 예시들로서 취해져야 한다는 것을 이해해야 한다. 요소들 및 재료들은 본 명세서에서 예시되고 설명되는 것들로 대체될 수 있고, 부분들 및 프로세스들은 반전될 수 있고, 본 발명의 특정 피처들은 독립적으로 이용될 수 있으며, 이 모든 것들은 본 발명의 본 설명의 이점을 얻은 후에 당업자에게 명백할 것이다. 다음의 청구항들에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 명세서에서 설명되는 요소들에서 변경들이 이루어질 수 있다.Additional modifications and alternative embodiments of the various aspects of the invention will be apparent to those skilled in the art upon consideration of this description. Accordingly, this description should be construed as illustrative only, and is for the purpose of teaching those skilled in the art the general manner of carrying out the invention. It is to be understood that the forms of the invention shown and described herein are to be taken as examples of embodiments. Elements and materials may be substituted for those illustrated and described herein, parts and processes may be reversed, and certain features of the invention may be used independently, all of which may be used independently in the present description of the invention. It will be clear to those skilled in the art after obtaining the advantages of. Changes may be made in the elements described herein without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the following claims.

본 명세서 및 청구항들에서 사용될 때, 용어들 "포함한다" 및 "포함하는" 및 이들의 활용형들은 특정 피처들, 단계들 또는 정수들이 포함된다는 것을 의미한다. 용어들은 다른 피처들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 배제하도록 해석되어서는 안 된다.As used in the specification and claims, the terms “comprise” and “comprising” and their conjugations mean that specific features, steps or integers are included. Terms should not be construed to exclude the presence of other features, steps or components.

본 발명의 특정 예시적인 실시예들이 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 범위는 이러한 실시예들로만 제한되도록 의도된 것은 아니다. 청구항들은 문헌적으로, 의도적으로, 그리고/또는 등가물을 포함하도록 해석되어야 한다.Although certain exemplary embodiments of the invention have been described, the scope of the appended claims is not intended to be limited to these embodiments only. The claims are to be construed literally, intentionally, and/or to encompass equivalents.

Claims (35)

전기 에너지 저장 시스템에 사용하기 위한 단열 배리어로서,
적어도 하나의 단열층; 및
상기 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층 ― 상기 캡슐화 층은 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하며, 상기 내측 중합체 층은 상기 단열층과 접촉하고, 상기 가단성 층은 상기 외측 중합체 층과 상기 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ― 을 포함하는, 단열 배리어.
A thermal insulating barrier for use in an electrical energy storage system, comprising:
at least one insulating layer; and
an encapsulating layer at least partially surrounding the insulating layer, the encapsulating layer comprising an outer polymeric layer, a malleable layer comprising a malleable material, and an inner polymeric layer, the inner polymeric layer being in contact with the insulating layer, the malleable layer comprising: Disposed between said outer polymer layer and said inner polymer layer.
제1항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 상기 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.The thermal insulating barrier of claim 1, wherein the outer polymer layer comprises a polymer that resists dielectric heat transfer fluid within the electrical energy storage system. 제2항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.3. The thermal insulating barrier of claim 2, wherein the outer polymer layer comprises a polymer that resists heat transfer fluids selected from the group consisting of hydrocarbon fluids, ester fluids, silicone fluids, fluoroether fluids, and mixtures thereof. . 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로 제조된 것인, 단열 배리어.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein the outer polymer layer is made of polyoxymethylene, acrylonitrile butadiene styrene, polyamide-imide, polyamide, polycarbonate, polyester, polyetherimide, polystyrene, A thermal insulating barrier made from a polymer selected from the group consisting of polysulfone, polyimide, and terephthalate. 제1항 중 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 그 자체에 열 용접될 수 있는 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.5. Thermal insulating barrier according to claim 1, wherein the inner polymer layer consists of a polymer that can be heat welded to itself. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 폴리올레핀 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.6. Thermal insulating barrier according to any one of claims 1 to 5, wherein the inner polymer layer consists of a polyolefin polymer. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 상기 외측 중합체 층 내의 상기 중합체와 상이한 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.7. Thermal insulating barrier according to any one of claims 1 to 6, wherein the inner polymer layer is composed of a different polymer than the polymer in the outer polymer layer. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 또는 배향된 나일론("ONy")으로 구성되고, 상기 내측 중합체 층은 폴리프로필렌("PP")으로 구성된 것인, 단열 배리어.8. The method of any one of claims 1 to 7, wherein the outer polymer layer is comprised of polyethylene terephthalate ("PET") or oriented nylon ("ONy") and the inner polymer layer is polypropylene ("PP"). "), an insulating barrier consisting of 제1항 중 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 제1 재료로 구성된 제1 중합체 막 및 제2 재료로 구성된 제2 중합체 막으로 구성되되, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료와 상이한 것인, 단열 배리어.9. The method of claim 1, wherein the outer polymer layer is comprised of a first polymer film made of a first material and a second polymer film made of a second material, wherein the first material is comprised of the second polymer film. Thermal insulating barriers, which are different materials. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 금속 포일을 포함하는 것인, 단열 배리어.10. Thermal insulating barrier according to any preceding claim, wherein the malleable layer comprises a metal foil. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 가단성 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.11. The thermal insulating barrier according to any one of claims 1 to 10, wherein the malleable layer comprises a malleable polymer. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 상기 외측 중합체 층과 상기 가단성 층 및/또는 상기 내측 중합체 층과 상기 가단성 층 사이에 배치된 접착제를 더 포함하는 것인, 단열 배리어.12. The thermal insulation according to any one of claims 1 to 11, wherein the encapsulation layer further comprises an adhesive disposed between the outer polymer layer and the malleable layer and/or the inner polymer layer and the malleable layer. Barrier. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.13. The thermal insulating barrier of any preceding claim, wherein the outer polymer layer has a thickness of about 10 μm to about 100 μm. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.14. The thermal insulating barrier of any preceding claim, wherein the malleable layer has a thickness of about 10 μm to about 100 μm. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.15. The thermal insulating barrier of any one of claims 1 to 14, wherein the inner polymer layer has a thickness of about 10 μm to about 100 μm. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 사이의 전체 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.16. Thermal insulating barrier according to any one of claims 1 to 15, wherein the encapsulation layer has an overall thickness of between about 30 μm and about 300 μm. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열층은 25℃에서 약 50 mW/m-K 미만 및 600℃에서 약 60 mW/m-K 미만의 상기 단열층의 두께 치수를 통한 열전도도를 갖는 것인, 단열 배리어.17. The method of any one of claims 1 to 16, wherein the insulating layer has a thermal conductivity through the thickness dimension of the insulating layer of less than about 50 mW/m-K at 25°C and less than about 60 mW/m-K at 600°C. , thermal insulation barrier. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열층은 에어로겔을 포함하는 것인, 단열 배리어.18. The thermal insulating barrier according to any one of claims 1 to 17, wherein the thermal insulating layer comprises airgel. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싸는 것인, 단열 배리어.19. Thermal insulating barrier according to any one of claims 1 to 18, wherein the encapsulation layer completely surrounds the insulating layer. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 함께 용접된 두 개의 라미네이트 막들로 구성된 것인, 단열 배리어.20. Thermal insulating barrier according to any one of claims 1 to 19, wherein the encapsulation layer consists of two laminate membranes welded together. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 상기 단열층을 둘러싸고, 상기 캡슐화 층은 상기 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 인클로저를 형성하기 위해 그 자체에 열 용접된 것인, 단열 배리어.21. The insulating layer according to any one of claims 1 to 20, wherein the encapsulating layer surrounds the insulating layer, and the encapsulating layer is heat welded to itself to form an enclosure that at least partially surrounds the insulating layer. Barrier. 전지 모듈로서,
복수의 전지 셀들, 및
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 단열 배리어를 포함하되, 적어도 하나의 단열 배리어가 인접한 전지 셀들 사이에 배치되는 것인, 전지 모듈.
As a battery module,
a plurality of battery cells, and
A battery module comprising one or more thermal insulation barriers according to any one of claims 1 to 21, wherein at least one thermal insulation barrier is disposed between adjacent battery cells.
제22항에 기재된 바와 같은 하나 이상의 전지 모듈을 포함하는 전력 시스템.A power system comprising one or more battery modules as described in claim 22. 제23항에 따른 전력 시스템을 포함하는 디바이스 또는 차량.A device or vehicle comprising a power system according to claim 23. 제24항에 있어서, 상기 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구인 것인, 디바이스.25. The device of claim 24, wherein the device includes a laptop computer, a PDA, a mobile phone, a tag scanner, an audio device, a video device, a display panel, a video camera, a digital camera, a desktop computer, a military portable computer, a military phone, a laser rangefinder, a digital communication device, an intelligent Acquisition sensors, electronically integrated clothing, night vision equipment, power tools, calculators, radios, remote control devices, GPS devices, handheld and portable televisions, automobile starters, flashlights, acoustic devices, portable heating devices, portable vacuum cleaners, or portable medical tools. A device. 제24항에 있어서, 상기 차량은 전기 차량인 것인, 차량.25. The vehicle of claim 24, wherein the vehicle is an electric vehicle. 전기 에너지 저장 시스템에서의 배터리 셀들 간에 사용하기 위한 단열층을 캡슐화하는 방법으로서,
상기 단열층의 적어도 일부분을, 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막으로 둘러싸는 단계 ― 상기 내측 중합체 층은 상기 단열층과 접촉하고, 상기 가단성 층은 상기 외측 중합체 층과 상기 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ―; 및
상기 라미네이트 막을 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계 ― 상기 캡슐화 층은 상기 단열층을 적어도 부분적으로 둘러쌈 ― 를 포함하는, 방법.
A method of encapsulating an insulating layer for use between battery cells in an electrical energy storage system, comprising:
Surrounding at least a portion of the insulating layer with a laminate membrane comprising an outer polymeric layer, a malleable layer comprising a malleable material, and an inner polymeric layer, wherein the inner polymeric layer is in contact with the insulating layer, and the malleable layer is adjacent to the outer polymeric layer. disposed between a polymer layer and said inner polymer layer; and
heat welding the laminate membrane to form an encapsulation layer, the encapsulation layer at least partially surrounding the insulating layer.
제27항에 있어서, 상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
상기 단열층의 적어도 일부분을 제1 라미네이트 막으로 덮는 단계;
상기 단열층의 적어도 일부분을 제2 라미네이트 막으로 덮는 단계; 및
상기 제1 라미네이트 막의 일부분을 상기 제2 라미네이트 막에 열 용접하여 상기 캡슐화 층을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
28. The method of claim 27, wherein forming the encapsulation layer comprises:
covering at least a portion of the insulating layer with a first laminate film;
covering at least a portion of the insulation layer with a second laminate film; and
heat welding a portion of the first laminate membrane to the second laminate membrane to form the encapsulation layer.
제28항에 있어서,
상기 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
상기 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 상기 제2 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
상기 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
상기 제2 만입부가 상기 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 상기 제1 라미네이트 막 상에 상기 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
상기 제1 라미네이트 막의 일부분을 상기 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
According to clause 28,
A first indentation is formed in the first laminate film, and the first indentation is complementary in shape and size to the insulating layer;
a second indentation is formed in the second laminate film, and the second indentation is complementary in shape and size to the insulating layer; and
The steps of forming the encapsulation layer are:
disposing the insulating layer in a first indentation in the first laminate membrane;
disposing the second laminate film on the first laminate film such that the second indentation is substantially aligned with the first indentation; and
and heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.
제28항에 있어서,
상기 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
상기 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 상기 제2 만입부는 상기 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
상기 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
상기 제2 만입부의 일부분이 상기 제1 만입부 내부에 배치되도록 상기 제2 만입부가 상기 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 상기 제1 라미네이트 막 상에 상기 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
상기 제1 라미네이트 막의 일부분을 상기 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
According to clause 28,
A first indentation is formed in the first laminate film, and the first indentation is complementary in shape and size to the insulating layer;
a second indentation is formed in the second laminate film, the second indentation being complementary in shape and size to the first indentation; and
The steps of forming the encapsulation layer are:
disposing the insulating layer in a first indentation in the first laminate membrane;
disposing the second laminate film on the first laminate film with the second indentation substantially aligned with the first indentation such that a portion of the second indentation is disposed within the first indentation; and
and heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.
제28항에 있어서,
상기 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
상기 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
상기 제1 라미네이트 막 상에 상기 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
상기 제1 라미네이트 막의 일부분을 상기 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
According to clause 28,
A first indentation is formed in the first laminate film, and the first indentation is complementary in shape and size to the insulating layer;
The steps of forming the encapsulation layer are:
disposing the insulating layer in a first indentation in the first laminate membrane;
disposing the second laminate film over the first laminate film; and
and heat welding a portion of the first laminate membrane to a portion of the second laminate membrane.
제27항에 있어서,
상기 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
상기 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 상기 제2 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
상기 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
상기 라미네이트 막의 상기 제2 만입부가 상기 제1 만입부와 실질적으로 정렬되도록 상기 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및
상기 라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
According to clause 27,
A first indentation is formed in the laminate film, and the first indentation is complementary in shape and size to the insulating layer;
a second indentation is formed in the laminate film, the second indentation being complementary in shape and size to the insulating layer; and
The steps of forming the encapsulation layer are:
disposing the thermal insulation layer in a first indentation in the laminate membrane;
folding the laminate film so that the second indentation in the laminate film is substantially aligned with the first indentation; and
and heat welding a portion of the laminate membrane to itself.
제27항에 있어서,
상기 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
상기 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
상기 라미네이트 막의 일부분이 상기 단열층 및 상기 라미네이트 막의 별개의 부분을 실질적으로 덮도록 상기 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및
상기 라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
According to clause 27,
A first indentation is formed in the laminate film, and the first indentation is complementary in shape and size to the insulating layer; and
The steps of forming the encapsulation layer are:
disposing the thermal insulation layer in a first indentation in the laminate membrane;
folding the laminate membrane so that a portion of the laminate membrane substantially covers the insulating layer and a separate portion of the laminate membrane; and
and heat welding a portion of the laminate membrane to itself.
제27항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싸는 것인, 방법.34. The method of any one of claims 27-33, wherein the encapsulation layer completely surrounds the insulating layer. 제27항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라미네이트 막의 상기 열 용접된 부분들은 상기 단열층의 하나 이상의 측에 대해 폴딩되는 것인, 방법.35. A method according to any one of claims 27 to 34, wherein the heat welded portions of the laminate membrane are folded against one or more sides of the insulating layer.
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